JPS5843513B2 - sizing size - Google Patents
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- JPS5843513B2 JPS5843513B2 JP2037975A JP2037975A JPS5843513B2 JP S5843513 B2 JPS5843513 B2 JP S5843513B2 JP 2037975 A JP2037975 A JP 2037975A JP 2037975 A JP2037975 A JP 2037975A JP S5843513 B2 JPS5843513 B2 JP S5843513B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、炭素繊維用サイジング剤に関するものである
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a sizing agent for carbon fibers.
さらに詳細に述べると、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炭素
繊維用サイジング剤に関するものである。More specifically, the present invention relates to a sizing agent for carbon fibers that facilitates handling of carbon fibers and improves composite physical properties thereof.
炭素繊維は、軽量で、かつ高強力、高モジュラスとい5
%性を有しているため、その価格低下とあいまって、近
年、コンポジット用補強材として、注目を集めている。Carbon fiber is lightweight, has high strength, and has high modulus5.
In recent years, it has attracted attention as a reinforcing material for composites due to its low price.
炭素繊維は、伸度が小さく脆い繊維であるため、機械的
摩擦によって、容易に単糸切れをきたし、いわゆる毛羽
が発生する。Since carbon fibers are brittle fibers with low elongation, mechanical friction easily causes single filaments to break, resulting in so-called fuzz.
このような毛羽は、クロス製織時、プリプレグ製造時、
フィラメントワインディング成形時等において発生し、
作業性の著しい低下をきたすばかりでなく、コンポジッ
トの物性低下の原因ともなる。Such fuzz is generated during cloth weaving, prepreg manufacturing,
Occurs during filament winding molding, etc.
This not only causes a significant decrease in workability, but also causes a decrease in the physical properties of the composite.
従来、炭素繊維の取扱いを容易にするため、ビスフェノ
ールA・ジグリンジルエーテル型のエポキシ樹脂を主成
分とする組成物によるサイジングが行なわれていたが、
これらのサイジング剤では炭素繊維に十分な抱合力を付
与することができず、その結果、クロス製織時、プリプ
レグ製造時、フィラメントワインディング成形時等にお
いて、毛羽が発生し、作業性の低下をきたすという問題
があった。Conventionally, in order to facilitate the handling of carbon fibers, sizing has been carried out using a composition containing bisphenol A/digrindyl ether type epoxy resin as the main component.
These sizing agents are unable to impart sufficient binding force to carbon fibers, and as a result, fuzz occurs during cloth weaving, prepreg manufacturing, filament winding molding, etc., resulting in a decrease in workability. There was a problem.
一方、炭素繊維は、本来マトリックス樹脂との親和性が
小さく、そのためコンポジットにした場合、引張強度に
ついては、繊維の特性がよく反映され高い強度を示すに
も拘らず、例えば層間せん断強度(Inter Lam
1nar 5hear Strength )について
は、十分な特性が得られないという重大な欠陥を伴なう
。On the other hand, carbon fibers inherently have a low affinity with matrix resins, so when made into a composite, although the tensile strength reflects the properties of the fibers and exhibits high strength, for example, the interlaminar shear strength (Inter Lam)
1nar 5hear Strength), there is a serious defect that sufficient characteristics cannot be obtained.
炭素繊維とマトリックス樹脂とのなじみをよくし、コン
ポジットにした場合の層間せん断強度を向上させる手段
として、炭素繊維表面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の水酸基などの官
能基を導入する方法が、通常行なわれている。As a means to improve the compatibility between the carbon fiber and matrix resin and to improve the interlaminar shear strength when making a composite, the surface of the carbon fiber is oxidized in the gas phase or liquid phase, and carboxyl groups and phenolic hydroxyl groups are added to the surface of the carbon fiber. A method of introducing a functional group is commonly used.
この表面酸化処理も、炭素繊維自体の引張強度を損なわ
ない範囲内で行なわねばならず、おのずから限度がある
。This surface oxidation treatment must also be carried out within a range that does not impair the tensile strength of the carbon fiber itself, and naturally has its limits.
しかるにこの表面酸化処理を施すことによって、繊維と
マトリックスの接着性が向上し、その結果コンポジット
の層間せん断強度は確かに向上するが、これは要求され
る水準より遥かに低いため、例えば信頼性が重要視され
る炭素繊維強化複合材料の応用分野等においては、炭素
繊維の表面特性の改良による層間せん断強度の向上が強
く望まれている。However, although this surface oxidation treatment improves the adhesion between the fibers and the matrix and thus improves the interlaminar shear strength of the composite, it is much lower than the required level, which may lead to poor reliability, for example. In the important application fields of carbon fiber reinforced composite materials, it is strongly desired to improve the interlaminar shear strength by improving the surface properties of carbon fibers.
結局、従来行なわれている炭素繊維の表面加工方法は、
気相または液相で表面酸化処理を施したのち、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を主
成分とする組成物でサイジングすることを骨子としてい
るが、このような方法では、炭素繊維の取扱性を十分改
良し、かつコンポジットにした場合高い層間せん断強度
を得ることはできない。In the end, the conventional surface treatment method for carbon fiber is
The main point of this method is to perform surface oxidation treatment in the gas phase or liquid phase, and then sizing it with a composition containing bisphenol A/diglycidyl ether type epoxy resin as the main component. If the handleability is sufficiently improved and the material is made into a composite, it is not possible to obtain high interlaminar shear strength.
このように、従来の方法では、サイジング剤の主成分と
して、前述のエポキシ樹脂が使用されているが、これは
、炭素繊維強化複合材料を製造する際、マトリックスと
して通常エポキシ樹脂がよく使用されるため、そのマト
リックスと同系列の化学構造のサイジング剤を使用する
ことが、サイジング剤層/マトリックス界面のなじみの
問題がなく、サイジングによる層間せん断強度の低下を
最小限度に抑えることができるためと考えられる。In this way, in the conventional method, the aforementioned epoxy resin is used as the main component of the sizing agent, but this is because epoxy resin is often used as a matrix when manufacturing carbon fiber reinforced composite materials. Therefore, it is thought that using a sizing agent with the same chemical structure as the matrix eliminates the problem of compatibility between the sizing agent layer/matrix interface and minimizes the decrease in interlaminar shear strength due to sizing. It will be done.
本発明者らは、上記のような従来の炭素繊維用サイジン
グ剤のもつ欠点を克服し、炭素繊維の取扱いを大巾に改
善し、かつコンポジットの層間せん断強度を向上しうる
新規なサイジング剤を開発すべく鋭意研究を重ねた結果
、側鎖にオキシラン環を有するビニル系付加重合体の溶
液またはエマルジョンを用いることによりその目的を達
成しうろことを見出し、この知見に基いて本発明をなす
に至った。The present inventors have developed a new sizing agent that can overcome the drawbacks of conventional sizing agents for carbon fibers as described above, greatly improve the handling of carbon fibers, and improve the interlaminar shear strength of composites. As a result of intensive research aimed at developing the invention, it was discovered that the objective could be achieved by using a solution or emulsion of a vinyl addition polymer having an oxirane ring in the side chain.Based on this knowledge, the present invention was made. It's arrived.
本発明に係るサイジング剤が炭素繊維にすぐれた取扱性
を付与できるのは、ビニル系付加重合体の有する抱合力
に起因すると考えられる。The reason why the sizing agent according to the present invention can impart excellent handling properties to carbon fibers is thought to be due to the binding power of the vinyl addition polymer.
従来から使用されているエポキシ樹脂などの縮合型樹脂
では、このような高い抱合力は得らない。Conventionally used condensation resins such as epoxy resins do not have such high binding strength.
一方、本発明に係るサイジング剤が、炭素繊維にすぐれ
た表面特性を付与し、その結果、コンポジット化した場
合、高い層間せん断強度を示すのは、ビニル系付加重合
体側鎖のオキシラン環が、炭素繊維表面のカルボキシル
基等の官能基と比較的容易に反応し、同時にマトリック
スのエポキシ樹脂のオキシラン環とも反応するためと考
えられる。On the other hand, the sizing agent according to the present invention imparts excellent surface properties to carbon fibers, and as a result, when composited, the oxirane ring of the side chain of the vinyl addition polymer exhibits high interlaminar shear strength. This is thought to be because it reacts relatively easily with functional groups such as carboxyl groups on the fiber surface, and at the same time reacts with the oxirane ring of the epoxy resin of the matrix.
この場合重要なことは、本発明に係るサイジング剤組成
物に含まれるオキシラン環含有ビニル系付加重合体と、
従来から使用されているビスフェノールA・ジグリシジ
ルエーテル型エポキシ樹脂とでは、サイジング剤/炭素
繊維界面およびサイジング剤/マドIJツクス界面にお
ける化学結合の分布、化学結合手の有効長さ、反応した
界面分子の回転自由度、界面層の剛性等が微妙に異な−
っているということである。In this case, what is important is that the oxirane ring-containing vinyl addition polymer contained in the sizing agent composition according to the present invention,
With the conventionally used bisphenol A/diglycidyl ether type epoxy resin, the distribution of chemical bonds at the sizing agent/carbon fiber interface and the sizing agent/Mad IJ Tsux interface, the effective length of the chemical bond, and the reacted interfacial molecules The rotational degree of freedom, the rigidity of the interface layer, etc. are slightly different.
This means that
これらの性質や構造は、もちろん、本発明に係るサイジ
ング剤組成物の構成、特に側鎖にオキシラン環を有する
ビニル系付加重合体の化学組成に依存し、サイジングの
目的仕様に応じたオキシラン環ざ有ビニル系付加重合体
の分子設計を行なうことが肝要である。Of course, these properties and structures depend on the composition of the sizing agent composition according to the present invention, particularly on the chemical composition of the vinyl addition polymer having an oxirane ring in the side chain, and the oxirane ring size depends on the sizing agent composition according to the purpose specifications of the sizing. It is important to carry out molecular design of vinyl-based addition polymers.
例えば比較的柔軟な界面層を形成するようなオキシラン
環含有ビニル系付加重合体を主成分とする組成物で炭素
繊維をサイジングすると、コンポジット化した場合、炭
素繊維/マトリックス間の界面弾力性が増し、力学的に
衝撃吸収能が向上し、その結果、コンポジットの耐衝撃
性が向上するという付加的な効果も得られる。For example, sizing carbon fibers with a composition based on an oxirane ring-containing vinyl addition polymer that forms a relatively flexible interfacial layer increases the interfacial elasticity between the carbon fibers and the matrix when composited. , the additional effect of mechanically improving the impact absorption capacity and, as a result, improving the impact resistance of the composite is also obtained.
このように本発明に係るサイジング剤組成物は、炭素繊
維にきわめてすぐれた取扱性を付与すると同時にそのコ
ンポジット物性、特に層間せん断強度を大巾に改良しう
るものであり、炭素繊維強化複合材料の発展にとってき
わめて重要な意義をもつ。As described above, the sizing agent composition according to the present invention can provide extremely excellent handling properties to carbon fibers, and at the same time can greatly improve the physical properties of the composite, especially the interlaminar shear strength, and can improve the properties of carbon fiber reinforced composite materials. It has extremely important significance for development.
本発明に係るサイジング剤は、側鎖にオキシラン環を有
するビニル系付加重合体を主成分とし、必要に応じて、
滑剤、柔軟仕上剤、皮膜形成助剤等の添加剤を含む溶液
またはエマルジョンである。The sizing agent according to the present invention has a vinyl addition polymer having an oxirane ring in the side chain as a main component, and if necessary,
It is a solution or emulsion containing additives such as lubricants, softeners, and film-forming aids.
これらのうち、本発明で用いられる側鎖にオキシラン環
を有する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−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
シジルインクロトネート、イタコン酸モノアルキルエス
テルモノグリジルエステル、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ニステルモツクリシジル
エステル、フマル酸ジクリシジルエステル、マレイン酸
モノアルキルニステルモツクリシジルエステル、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
単独でまたは他の単量体と共に重合したビニル系付加重
合体または/および任意のビニル系付加重合体に、グラ
フト重合その他の手段によって、側鎖セグメント成分と
してオキシラン環を導入した重合体の1種または2種以
上の混合物をいう。Among these, the vinyl addition polymers having an oxirane ring in the side chain used in the present invention include glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether, α-ethyl glycidyl acrylate, crotonyl glycidyl ether, glycidyl crotonate, glycidyl Incrotonate, monoalkyl itaconate monoglycidyl ester, diglycidyl itaconate, monoalkyl nistermotricidyl fumarate, diclycidyl fumarate, monoalkyl nistermotricidyl maleate, diglycidyl maleate A vinyl addition polymer or/and any vinyl addition polymer obtained by polymerizing one or more oxirane ring-containing ethylenically unsaturated compounds selected from esters etc. alone or together with other monomers, It refers to one type or a mixture of two or more types of polymers into which an oxirane ring is introduced as a side chain segment component by graft polymerization or other means.
これらの側鎖にオキシラン環を有するビニル系付加重合
体は、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、
プチルメククリレート、2−エチルへキシルメタクリレ
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、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−エチルへキシルアクリレート、
ラウリルアクリレート等のアルキルアクリレート、スチ
レン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどのスチ
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、ブタジェン、イソプレン等の不飽
和炭化水素、塩化ビニル、クロロプレン等の7・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
リル等の不飽和ニトリル化合物、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−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種以上の単量体と組合せまたは組合せずに、
前述した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、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
ことによって製造される。These vinyl addition polymers having an oxirane ring in their side chains include methyl methacrylate, ethyl methacrylate,
Alkyl methacrylates such as butyl meccrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate,
Alkyl acrylates such as lauryl acrylate, styrene derivatives such as styrene, α-methylstyrene, and vinyltoluene, fatty acid vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate, unsaturated hydrocarbons such as butadiene and isoprene, vinyl chloride, chloroprene, etc.・Rogenated 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, α-ethyl acrylic acid, angelic acid,
Unsaturated fatty acids such as monomethyl ester, monoethyl ester, monobutyl ester of itaconic acid, maleic acid or fumaric acid, maleic anhydride, itaconic anhydride, etc.
-Hydroxyethyl methacrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 2-chloro-3-hydroxypropyl methacrylate, phosphoric acid mono(hydroxypropyl methacrylate) ester, acrylamide, methacrylamide, N-methylolacrylamide, N-methoxymethylacrylamide, N- 1 selected from ethylenically unsaturated compounds such as butoxymethylacrylamide
in combination or without combination with a species or more than one monomer,
It is produced by solution polymerization, emulsion polymerization, or suspension polymerization of one or more monomers selected from the above-mentioned oxirane ring-containing ethylenically unsaturated compounds in a conventional manner.
この共重合反応において、重合溶媒としては、ケトン、
エステル、アルコール、エーテル、芳香族炭化水素等を
、また不均一系重合を行なう場合の分散媒としては、水
または水と水溶性有機溶媒との混合物等を使用すること
ができる。In this copolymerization reaction, ketone,
Esters, alcohols, ethers, aromatic hydrocarbons, etc. can be used, and as a dispersion medium in the case of heterogeneous polymerization, water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent can be used.
また重合開始剤としては、過酸化物、アゾ化合物などを
使用することができる。Further, as the polymerization initiator, peroxides, azo compounds, etc. can be used.
また必要に応じて、メルカプタン等の連鎖移動剤を使用
することもできる。Furthermore, a chain transfer agent such as a mercaptan can also be used if necessary.
任意のビニル系付加重合体に、グラフト重合によって、
側鎖セグメント成分として、オキシラン環を導入する場
合についても、前述の共重合の場合と同様である。By graft polymerization to any vinyl addition polymer,
The case where an oxirane ring is introduced as a side chain segment component is also similar to the case of the above-mentioned copolymerization.
本発明で用いられる側鎖にオキシラン環を有するビニル
系付加重合体のうち、ガラス転移温度が一10°〜60
℃、その溶解性パラメーターが、8、8 (Cal/c
c ) 3A以上の重合体で、オキシラン基含有単量体
単位の含有率が5モル%以上、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0.04d
l/f以上の重合体が、本発明の目的効果の発現に特に
効果的である。Among the vinyl addition polymers having an oxirane ring in the side chain used in the present invention, the glass transition temperature is 110° to 60°.
°C, its solubility parameter is 8,8 (Cal/c
c) A polymer of 3A or more, the content of oxirane group-containing monomer units is 5 mol% or more, and the intrinsic viscosity at 25°C is, for example, 0.04 d in a methyl ethyl ketone solution.
A polymer having a ratio of 1/f or more is particularly effective in achieving the desired effects of the present invention.
しかしこれらの条件を必ずしもすべて満足しな(とも、
本発明の効果が得られる場合も多いので、本発明の範囲
は、前述の組成範囲に限定されるものではない。However, it is not necessary to satisfy all of these conditions (also,
Since the effects of the present invention can be obtained in many cases, the scope of the present invention is not limited to the above-mentioned composition range.
本発明の実施に当っては、側鎖にオキシラン環を有する
ビニル系付加重合体の固有粘度は、サイジング剤の皮膜
形成能と皮膜の強靭性に、ガラス転移温度は、皮膜の柔
軟性に、溶解性パラメーターは、分子間凝集力(皮膜の
強靭性)、繊維との親和性に、またオキシラン環含有構
成単位の含有率とその含有形態は、繊維/サイジング剤
/マトリックス界面において形成される化学結合の数と
界面弾力性に、それぞれ密接に関連しているので、サイ
ジングの目的仕様に応じた分子設計を行なうことが肝要
である。In carrying out the present invention, the intrinsic viscosity of the vinyl addition polymer having an oxirane ring in the side chain depends on the film-forming ability of the sizing agent and the toughness of the film, and the glass transition temperature depends on the flexibility of the film. Solubility parameters are determined by intermolecular cohesive force (film toughness) and affinity with fibers, and the content and form of oxirane ring-containing structural units are determined by the chemistry formed at the fiber/sizing agent/matrix interface. Since the number of bonds and interfacial elasticity are closely related, it is important to design the molecule according to the intended sizing specifications.
一方、本発明に係るサイジング剤組成物に、必要に応じ
て含むことのできる滑剤としては、ステアリン酸、ステ
アリン酸エステル、ノニオンまたは/およびアニオン性
界面活性剤、シリコン樹脂などを使用することができる
。On the other hand, as lubricants that can be included in the sizing agent composition according to the present invention as necessary, stearic acid, stearate esters, nonionic and/or anionic surfactants, silicone resins, etc. can be used. .
しかしシリコン系樹脂を多量に使用することは、コンポ
ジット化する際、繊維とマトリックス樹脂との親和性の
低下をきたすので、避けなげればならない。However, the use of a large amount of silicone-based resin must be avoided because it will reduce the affinity between the fibers and the matrix resin when forming a composite.
これらの滑剤のサイジング剤組成物に占める重量比は、
40%以下であることが好ましい。The weight ratio of these lubricants to the sizing agent composition is
It is preferably 40% or less.
本発明に係るサイジング剤に、所望に応じて加えること
のできる柔軟仕上剤としては、ノニオンまたは/および
アニオン性界面活性剤、ポリエチレングリコールなどを
あげることができる。Examples of the softening agent that can be added to the sizing agent according to the present invention as desired include nonionic and/or anionic surfactants, polyethylene glycol, and the like.
また本発明に係るサイジング剤に、所望に応じて加える
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、各種の有機溶
媒、水などがあげられる。Film-forming aids that can be added to the sizing agent according to the present invention as desired include plasticizers such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate, various organic solvents, and water.
本発明に係るサイジング剤による炭素繊維のサイジング
は、炭素繊維を、本発明に係るサイジング剤の有機溶媒
溶液、水溶液、またはエマルジョンなどの分散液に含浸
したのち、乾燥によって溶媒または分散媒を除去すると
いう方法で通常行なわれる。The sizing of carbon fibers with the sizing agent according to the present invention involves impregnating the carbon fibers with a dispersion of the sizing agent according to the present invention, such as an organic solvent solution, an aqueous solution, or an emulsion, and then removing the solvent or dispersion medium by drying. It is usually done in this way.
これらの溶液またはエマルジョンの有効成分濃度は、2
5%以下が好ましく、0.5〜5%の範囲が特に好まし
い。The active ingredient concentration of these solutions or emulsions is 2
The content is preferably 5% or less, particularly preferably in the range of 0.5 to 5%.
溶液の場合の溶媒としては、サイジング剤の構成と各成
分の化学構造に応じて、ケトン、エステル、エーテル、
アルコール、炭化水素等を用いることができる。Depending on the composition of the sizing agent and the chemical structure of each component, solvents for solutions include ketones, esters, ethers,
Alcohols, hydrocarbons, etc. can be used.
本発明のサイジング剤を用いて、炭素繊維のサイジング
を行なう場合、炭素繊維に対する有効成分の付着量が0
.2〜5%の範囲内になり、かつ炭素繊維表面にこれら
の有効成分が均一に付着するように、サイジング浴の有
効成分濃度、含浸時間ないし含浸速度、含浸時の炭素繊
維の張力、サイジング浴の温度などを、コントロールす
ることが好ましい。When sizing carbon fibers using the sizing agent of the present invention, the amount of the active ingredient attached to the carbon fibers is 0.
.. The concentration of the active ingredients in the sizing bath, the impregnation time or impregnation rate, the tension of the carbon fiber during impregnation, and the sizing bath so that the active ingredients are within the range of 2 to 5% and uniformly adhere to the carbon fiber surface. It is preferable to control the temperature etc.
サイジングされた炭素繊維は、赤外線ランプ、熱風等に
よって、溶媒あるいは分散媒に応じた時間と温度で乾燥
され、揮発成分の除去が行なわれる。The sized carbon fibers are dried using an infrared lamp, hot air, etc. at a time and temperature depending on the solvent or dispersion medium to remove volatile components.
本発明のサイジング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、例えば側鎖にオキシラン環を有
するビニル系付加重合体を、前述の方法で先ずサイジン
グし、次いて第二の成分、例えばポリエチレングリコー
ルをサイジングするという多段サイジング工程によって
行なうこともできる。When sizing carbon fibers using the sizing agent of the present invention, the first component, for example, a vinyl addition polymer having an oxirane ring in the side chain, is first sized by the method described above, and then the second component is sized. , for example, by sizing polyethylene glycol.
本発明の炭素繊維用サイジング剤が適用される炭素繊維
としては、炭素繊維、黒鉛繊維、黒鉛ウィスカー等の炭
素質または黒鉛質の繊維または針状単結晶ならびにそれ
らを主成分とするマット、織物、編組等をあげることが
でき、酸化処理その他の方法によって表面活性化された
前述の繊維またはヒゲ状単結晶が、特に好ましい。Carbon fibers to which the carbon fiber sizing agent of the present invention is applied include carbon fibers, graphite fibers, carbonaceous or graphite fibers such as graphite whiskers, or needle-like single crystals, and mats and fabrics mainly composed of them. Examples include braiding, and the above-mentioned fibers or whisker-like single crystals surface-activated by oxidation treatment or other methods are particularly preferred.
本発明をさらに詳細に記述するため、次に特定の実施例
を示すが、これらの実施例は、本発明をなんら限定する
ものではない。In order to describe the invention in more detail, specific examples are given below, but these examples are not intended to limit the invention in any way.
実施例 1
かくはん機、還流冷却器、滴下漏斗、および温度計を備
えた500rILl容の四つ目フラスコに、反応溶媒と
して酢酸エチル150グを入れ、窒素置換を行ないなが
ら、75℃に加熱した。Example 1 150 g of ethyl acetate as a reaction solvent was placed in a 500 ml fourth flask equipped with a stirrer, reflux condenser, dropping funnel, and thermometer, and heated to 75° C. while purging with nitrogen.
滴下漏斗にメチルメタクリレ−)55f、ブチルアクリ
レート351、グリシジルメタクリレート10fおよび
重合触媒としてN−N’−アゾビスイソブチロニトリル
0.3′?の混合物を入れておき、該混合物を2.5時
間かけてフラスコ内に滴下し、次いで75℃に5.5時
間加熱することによって、反応を完結した。Into the dropping funnel were 55f of methyl methacrylate, 351 butyl acrylate, 10f of glycidyl methacrylate, and 0.3f of N-N'-azobisisobutyronitrile as a polymerization catalyst. The reaction was completed by adding the mixture dropwise into the flask over 2.5 hours and then heating to 75° C. for 5.5 hours.
得られた共重合体の重合率は96%であった。The polymerization rate of the obtained copolymer was 96%.
次に得られた重合体溶液50S’を採取し、これに95
0iの酢酸エチルを加え、濃度約2%のサイジング剤溶
液を調製した。Next, the obtained polymer solution 50S' was collected and 95%
0i of ethyl acetate was added to prepare a sizing agent solution with a concentration of about 2%.
次いで日本カーボン■製炭素繊維カーボロンZ2−1の
(登録商標、表面酸化処理のみ施してあり、サイジング
はまったくしてない中間製品)に、ボビンサイザーを用
いて、該サイジング剤溶液中を5rIL/分の速度で連
続的にカーボロンZ−2−1のを通過せしめ、該溶液を
十分単糸間に浸透させ、余分の該溶液をロールで軽く絞
り取ったのち、80℃で1分間乾燥させることによって
、サイジングを施した。Next, using a bobbin sizer, carbon fiber Carboron Z2-1 manufactured by Nippon Carbon ■ (registered trademark, intermediate product with only surface oxidation treatment and no sizing) was heated at 5 rIL/min in the sizing agent solution. The solution was passed through Carboron Z-2-1 continuously at a speed of , sizing was applied.
炭素繊維に付着したサイジング剤の有効成分の量は、炭
素繊維に対して1.6%であった。The amount of active ingredient in the sizing agent attached to the carbon fibers was 1.6% based on the carbon fibers.
次にTM式糸摩擦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。Next, the binding force of the obtained carbon fibers was measured using a TM yarn friction binding force tester.
抱合力のランキングは、次の基準にしたがって行なった
。The ranking of conjugation power was performed according to the following criteria.
A:単数的な毛羽しか発生しない。A: Only singular fuzz is generated.
B:複数的な毛羽が発生する。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: Fuzz occurs all over the surface.
得られた結果を、比較例1と併せて、第1表および第2
表に示す。The obtained results are shown in Table 1 and Table 2 together with Comparative Example 1.
Shown in the table.
これとは別に、前述のサイジング処理を施した炭素繊維
を、シェル社製エポキシ樹脂エピコート828(登録商
標)90−OS’、三フッ化ホウ素モノエチルアミン3
61、メチルエチルケトン1001から成る樹脂溶液に
連続的に含浸し、樹脂溶液を保持した炭素繊維を、ドラ
ムワインダーに平行に巻きつけ巻き終ったドラムを、1
30℃で20分間加熱し、樹脂層を部分硬化させること
によって、炭素繊維の一方向性プリプレグを作成した。Separately, carbon fibers subjected to the above-mentioned sizing treatment were mixed with epoxy resin Epicoat 828 (registered trademark) 90-OS' manufactured by Shell Co., Ltd., boron trifluoride monoethylamine 3
61. Carbon fibers that are continuously impregnated with a resin solution consisting of methyl ethyl ketone 1001 and that retains the resin solution are wound in parallel around a drum winder.
A unidirectional carbon fiber prepreg was created by heating at 30° C. for 20 minutes to partially cure the resin layer.
得られたプリプレグを13枚同一方向に積層し170°
C17kg/crAで3時間、加熱・加圧し、さらに1
70℃、常圧で2時間、加熱することによって、一方向
強化炭素繊維複合材料(以下、CFRPと略す)を作成
した。13 sheets of the obtained prepreg were stacked in the same direction at 170°.
Heat and pressurize at C17kg/crA for 3 hours, and then
A unidirectionally reinforced carbon fiber composite material (hereinafter abbreviated as CFRP) was produced by heating at 70° C. and normal pressure for 2 hours.
得られたCFRPの炭素繊維含有率は58Vol−%で
あった。The carbon fiber content of the obtained CFRP was 58 Vol-%.
次いで、ASTM−D2344に規定された方法にした
がって、得られたCFRPの層間せん断強度を測定した
。Next, the interlaminar shear strength of the obtained CFRP was measured according to the method specified in ASTM-D2344.
試験片の厚さは、すべて2山とした。得られた結果を、
比較例7rと共に第1表および第2表に示す。All test pieces had two thicknesses. The results obtained,
It is shown in Tables 1 and 2 together with Comparative Example 7r.
比較例 1
実施例1におけるメチルヌククリレート/ブチルアクリ
レート/グリシジルメタクリレート共重合体の代りに、
シェル社製エポキシ樹脂エピコート1004(登録商標
)と、同エピコート828(登録商標)の4:1混合物
を用いて、実施例1と同様の手順で、日本カーボン■製
炭素繊維カーボロンZ−2−1の(登録商標、表面酸化
処理のみ施してあり、サイジングはまったくしてない中
間製品)に、サイジング処理を行なった。Comparative Example 1 Instead of the methyl nucleate/butyl acrylate/glycidyl methacrylate copolymer in Example 1,
Using a 4:1 mixture of epoxy resin Epicoat 1004 (registered trademark) manufactured by Shell Co., Ltd. and Epicoat 828 (registered trademark) thereof, carbon fiber Carbon fiber Carbon Z-2-1 manufactured by Nippon Carbon ■ was prepared in the same manner as in Example 1. (registered trademark, an intermediate product that has undergone only surface oxidation treatment and no sizing at all) was subjected to sizing treatment.
炭素繊維に対するサイジング剤有効成分の付着量は1.
6%であった。The amount of the active ingredient of the sizing agent attached to the carbon fiber is 1.
It was 6%.
次いで、実施例1と同様にして、サイジング処理された
炭素繊維の抱合力とコンポジットの層間せん断強度を測
定した。Next, in the same manner as in Example 1, the binding force of the sized carbon fibers and the interlaminar shear strength of the composite were measured.
この測定に供したCFRP試験片の炭素繊維含有率は、
58Vo1%であった。The carbon fiber content of the CFRP test piece used for this measurement was
58Vo1%.
得られた結果を、実施例1と共に第1表および第2表に
示す。The obtained results are shown in Tables 1 and 2 together with Example 1.
また空試験として、サイジングをまったく施さない無サ
イズのカーボロンZ−2−1[F](登録商標)につい
ても、同様に、抱合力とコンポジットの層間せん断強度
を測定した。Further, as a blank test, the binding force and interlaminar shear strength of the composite were similarly measured for unsized Carboron Z-2-1 [F] (registered trademark) which was not subjected to any sizing.
この測定に供したCFRP試験片の炭素繊維含有率は、
同じ<58Vol−%であった。The carbon fiber content of the CFRP test piece used for this measurement was
The same <58 Vol-%.
得られた結果を、第1表および第2表に示す。The results obtained are shown in Tables 1 and 2.
実施例 2
実施例1の日本カーボン■製炭素繊維カーボロンZ−2
−1■の代りに、パーキュレス社製炭素繊維マグナマイ
)HT−8(登録商標、表面酸化処理は施されているが
、サイジングはまったくしていない)を用いた他はすべ
て実施例1と同様にして、炭素繊維にサイジングを行な
い、得られた炭素繊維について、コンポジットの層間せ
ん断強度を測定した。Example 2 Carbon fiber Carbon Z-2 manufactured by Nippon Carbon ■ of Example 1
All procedures were carried out in the same manner as in Example 1, except that carbon fiber Magnamai HT-8 (registered trademark, surface oxidation treatment was applied, but no sizing was performed at all) manufactured by Percules Co., Ltd. was used in place of -1■. Then, the carbon fibers were sized, and the interlaminar shear strength of the composite was measured for the obtained carbon fibers.
この測定に供したCFRPの炭素繊維含有率は55Vo
l−%であった。The carbon fiber content of the CFRP used for this measurement was 55Vo.
It was l-%.
得られた結果を、比較例2と共に第3表に示す。The obtained results are shown in Table 3 together with Comparative Example 2.
比較例 2
比較例1の日本カーボン■製炭素繊維カーボロンZ−2
−1[F]の代りに、パーキュレス社製マグナマイ)H
T−8(登録商標)を使用したほかはすべて比較例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
炭素繊維について、コンポジットの層間せん断強度を測
定した。Comparative Example 2 Carbon fiber Carbon Z-2 manufactured by Nippon Carbon ■ in Comparative Example 1
-1 [F] instead of Magnamai) H manufactured by Percules
Carbon fibers were sized in the same manner as in Comparative Example 1 except that T-8 (registered trademark) was used, and the interlaminar shear strength of the composite was measured for the obtained carbon fibers.
この測定に供したCFRP試験片の炭素繊維含有率は5
5Vo1−%であった。The carbon fiber content of the CFRP test piece used for this measurement was 5
It was 5Vo1-%.
得られた結果を、実施例2と共に第3表に示す。The results obtained are shown in Table 3 together with Example 2.
また空試験として、サイジングをまったく施さない無サ
イズのマグナマイトHT−3についても、同様に、コン
ポジットの層間せん断強度を測定した。Further, as a blank test, the interlaminar shear strength of the composite was similarly measured for unsized Magnamite HT-3 which was not subjected to any sizing.
この測定に供したCFRP試験片の炭素繊維含有率は5
5Vol−%であった。The carbon fiber content of the CFRP test piece used for this measurement was 5
It was 5 Vol-%.
得られた結果を第3表に示す。The results obtained are shown in Table 3.
実施例 3〜7
実施例1における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共重体の代りに、第
4表に示す組成物を用いたほかはすべて実施例1と同様
にして、日本カーボン■製カーボロンZ−2−1の(登
録商標)にサイジングを行ない、得られた炭素繊維につ
いて、その抱合力とコンポジットの層間せん断強度を測
定した。Examples 3 to 7 Carboron Z manufactured by Nippon Carbon ■ was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition shown in Table 4 was used instead of the methyl methacrylate/butyl acrylate/glycidyl methacrylate copolymer in Example 1. -2-1 (registered trademark) was sized, and the binding force and interlaminar shear strength of the composite were measured for the obtained carbon fibers.
炭素繊維に対するサイジング剤有効成分の付着量は、い
ずれも1.5〜1.7%であった。The amount of the active ingredient of the sizing agent adhered to the carbon fibers was 1.5 to 1.7% in all cases.
またこの測定に供したCFRPの炭素繊維含有率は、い
ずれも58〜60Vol−%であった。Further, the carbon fiber content of the CFRPs subjected to this measurement was all 58 to 60 Vol-%.
得られた結果を、比較例3〜4と共に第4表に示す。The obtained results are shown in Table 4 together with Comparative Examples 3 and 4.
比較例 3〜4
比較例1におけるシェル社製エポキシ樹脂上ピコー)1
004(登録商標)と同エピコート828(登録商標)
の4:1混合物の代りに、第4表に示す組成物を用いた
ほかは、すべて比較例**1と同様にして、日本カーボ
ン■製カーボロン2−2−1[F](登録商標)にサイ
ジングを行ない、得られた炭素繊維について、その抱合
力とコンポジットの層間せん断強度を測定した。Comparative Examples 3 to 4 Shell Co., Ltd. epoxy resin top (Picot) 1 in Comparative Example 1
004 (registered trademark) and Epicote 828 (registered trademark)
Carboron 2-2-1 [F] (registered trademark) manufactured by Nippon Carbon ■ was prepared in the same manner as in Comparative Example **1, except that the composition shown in Table 4 was used instead of the 4:1 mixture of After sizing, the binding force and interlaminar shear strength of the composite were measured for the carbon fibers obtained.
炭素繊維に対するサイジング剤有効成分の付着量は、い
ずれも1.5〜1.7%であった。The amount of the active ingredient of the sizing agent adhered to the carbon fibers was 1.5 to 1.7% in all cases.
またこの測定に供したCFRPの炭素繊維含有率は、い
ずれも58〜60Vol−%であった。Further, the carbon fiber content of the CFRPs subjected to this measurement was all 58 to 60 Vol-%.
得られた結果を、実施例3〜7と共に第4表に示す。The results obtained are shown in Table 4 together with Examples 3 to 7.
Claims (1)
溶液またはエマルジョンに、所望に応じ滑剤、柔軟仕上
剤および皮膜形成助剤の中から選ばれた少々くとも1種
の補助成分を添加してなる炭素繊維用サイジング剤。1. If desired, at least one auxiliary component selected from lubricants, softeners, and film-forming aids is added to a solution or emulsion of a vinyl addition polymer having an oxirane ring in the side chain. A sizing agent for carbon fiber.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2037975A JPS5843513B2 (en) | 1975-02-20 | 1975-02-20 | sizing size |
| US05/657,598 US4107128A (en) | 1975-02-20 | 1976-02-12 | Carbon fiber composition |
| FR7604650A FR2301495A1 (en) | 1975-02-20 | 1976-02-19 | CARBON FIBER COMPOSITION |
| DE19762606623 DE2606623A1 (en) | 1975-02-20 | 1976-02-19 | CARBON FIBER BULBS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2037975A JPS5843513B2 (en) | 1975-02-20 | 1975-02-20 | sizing size |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5196599A JPS5196599A (en) | 1976-08-24 |
| JPS5843513B2 true JPS5843513B2 (en) | 1983-09-27 |
Family
ID=12025400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2037975A Expired JPS5843513B2 (en) | 1975-02-20 | 1975-02-20 | sizing size |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5843513B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5673174A (en) * | 1979-11-19 | 1981-06-17 | Mitsubishi Rayon Co | Sizing of carbon fiber |
-
1975
- 1975-02-20 JP JP2037975A patent/JPS5843513B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5196599A (en) | 1976-08-24 |
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