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JPS5911710B2 - carbon fiber sizing agent - Google Patents

carbon fiber sizing agent

Info

Publication number
JPS5911710B2
JPS5911710B2 JP6293676A JP6293676A JPS5911710B2 JP S5911710 B2 JPS5911710 B2 JP S5911710B2 JP 6293676 A JP6293676 A JP 6293676A JP 6293676 A JP6293676 A JP 6293676A JP S5911710 B2 JPS5911710 B2 JP S5911710B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sizing agent
carbon fiber
carbon fibers
sizing
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP6293676A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS52148294A (en
Inventor
啓造 細井
直也 小南
広員 福味
忠良 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP6293676A priority Critical patent/JPS5911710B2/en
Publication of JPS52148294A publication Critical patent/JPS52148294A/en
Publication of JPS5911710B2 publication Critical patent/JPS5911710B2/en
Expired legal-status Critical Current

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  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、炭素繊維のサイジング剤に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to a sizing agent for carbon fibers.

更に詳しくは、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のサイジング
剤に関するものである。
More specifically, the present invention relates to a carbon fiber sizing agent that facilitates the handling of carbon fibers and improves the physical properties of the composite.

10炭素繊維は、軽量で、かつ、高強度・高モジユラス
であるという特徴を有しているため、近年、その価格低
下と相俟つて、複合材料の補強材として、工業的に重要
な地位を占めるに至つた。
10 Carbon fiber has the characteristics of being lightweight, high strength, and high modulus, so in recent years, along with the decline in its price, it has gained an important industrial position as a reinforcing material for composite materials. It came to be occupied.

炭素繊維の取扱いを容易にし、かつ、そのコンポジツト
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
と樹脂の界面接着性を向上させたのち、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
を主成分とするサイジング剤でサイジングする方法が、
従来から行なわれている。この場合、炭素繊維の表面酸
化処理は、そのコンポジット物性の向上に、またサイジ
ングはその25取扱性の向上に、それぞれ単一目的に有
効であるに過ぎず、サイジングによるコンポジット物性
の向上はまつたく望めない。
One way to make carbon fibers easier to handle and improve their composite properties is to oxidize carbon fibers in the gas or liquid phase and introduce functional groups such as carboxyl groups and phenolic hydroxyl groups onto their surfaces. After improving the interfacial adhesion between carbon fiber and resin, sizing is carried out using bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resin or a sizing agent whose main component is bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resin.
This has been done for a long time. In this case, surface oxidation treatment of carbon fibers is only effective for the single purpose of improving the physical properties of the composite, and sizing is effective for improving the handling properties, respectively, and sizing is unlikely to improve the physical properties of the composite. I can't hope.

一方、炭素繊維の表面酸化処理は、無視し得る程度の重
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 the range of negligible weight loss and within the range of not impairing 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、コンポジット物性は確か
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
重要視される特性の一つである層間せん断強度(Int
er1aMinarShearStrength,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}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
、その向上が強く望まれている現状にある。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
いはそれに渭剤、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サイジング剤は、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織時など、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
一層の向上が望まれている。
However, the improvement effect is not necessarily at a practically satisfactory level, and in particular, the interlaminar shear strength (Int), which is one of the most important properties of carbon fiber reinforced composite materials,
er1aMinarShearStrength (hereinafter abbreviated as 1LSS)), it has not yet reached the performance level required for practical use. For example, in the application field of carbon fiber reinforced composite materials where reliability is important, improvements are needed. The current situation is that it is strongly desired. On the other hand, the conventionally used sizing agents for carbon fibers, which are bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resins or auxiliary ingredients such as binding agents and softening agents added thereto, impart a certain degree of cohesiveness to carbon fibers. It has the effect of making it easier to handle, but with this level of convergence,
For example, when carbon fibers are particularly required to have binding strength, such as when weaving carbon fiber fabrics, this is extremely insufficient, and further improvement is desired.

さらに従来から使用されている炭素繊維用サイジング剤
は前述した;うに、1LSSをはじめとするコンポジツ
ト物性を向上させる機能を有していな四このような状況
に対して、この発明者らは、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のサイジング剤について
、鋭意研究した結果、これら二つの機能を同時に有する
炭素繊維のサイジング剤を見出し、この発明を完成する
に至つた。すなわちこの発明は、一般式 (式中、Xは−CH2−G−CH2、Yは−HまJk4
−=たは−CH2−CH−CH2・R1およびR2は−
Hまた\/は−CH3,nおよびmは0または1をそれ
ぞれ示す)で表わされる脂環式多官能性エポキシ化合物
を含有することを特徴とする炭素繊維のサイジング剤に
関するものである。
Furthermore, as mentioned above, conventionally used sizing agents for carbon fibers do not have the function of improving the physical properties of composites such as 1LSS. As a result of intensive research into a carbon fiber sizing agent that can further actively improve the physical properties of oxidized carbon fiber composites and facilitate its handling, we have discovered a carbon fiber sizing agent that has these two functions at the same time. , completed this invention. That is, this invention is based on the general formula (wherein, X is -CH2-G-CH2, Y is -H or Jk4
-=or -CH2-CH-CH2・R1 and R2 are-
The present invention relates to a carbon fiber sizing agent characterized by containing an alicyclic polyfunctional epoxy compound represented by H or \/ represents -CH3, n and m represent 0 or 1, respectively.

周知のように、複合材料の性能は、強化繊維とくマトリ
ツクスとの接着性に大きく依存し、性能のすぐれた複合
材料を製造するためには、先ず両者の界面接着性を向上
させることが、不可欠の要件となる。
As is well known, the performance of composite materials largely depends on the adhesion between reinforcing fibers and the matrix, and in order to produce composite materials with excellent performance, it is essential to first improve the interfacial adhesion between the two. This is a requirement.

一方、炭素繊維強化複合材料の樹脂マトリツクスとして
は、通常エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ポリイミ
ド等が使用され、炭素繊維のサイジング剤は、コンポジ
ツトに卦いて、これらの樹脂と炭素繊維の界面中間層を
形成する結果となる。この発明に係るサイジング剤から
形成される上記界面中間層は、オキシラン環濃度がきわ
めて高く、該サイジング剤で被覆された炭素繊維を樹脂
マトリツクスで含浸した場合、マトリツクス相からの硬
化剤の界面中間層への拡散に伴つて、炭素繊維表面に導
入された官能基と有効に反応しその結果、炭素繊維との
間に強固な結合を形成するものと考えられる。さらにこ
の発明に係るサイジング剤から形成される上記界面中間
層は、樹脂マトリツクス相とも、相互拡散層を形成しつ
つ、その多官能性を生かして、強靭な結合を形成するも
のと考えられる。この発明に係る炭素繊維のサイジング
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1LSS)を、さらに1
0〜30%向上させることが可能となると同時に、炭素
繊維の集束性を向上させ、その取扱性を改良することが
可能となる。
On the other hand, epoxy resins, unsaturated polyesters, polyimides, etc. are usually used as the resin matrix of carbon fiber reinforced composite materials, and the sizing agent for carbon fibers is used not only for the composite but also for the intermediate layer at the interface between these resins and carbon fibers. This results in the formation of The interfacial intermediate layer formed from the sizing agent according to the present invention has an extremely high concentration of oxirane rings, and when carbon fibers coated with the sizing agent are impregnated with a resin matrix, the interfacial intermediate layer of the curing agent from the matrix phase is formed. It is thought that as it diffuses into the carbon fibers, it reacts effectively with the functional groups introduced onto the carbon fiber surfaces, resulting in the formation of strong bonds with the carbon fibers. Further, the interfacial intermediate layer formed from the sizing agent according to the present invention is considered to form an interdiffusion layer with the resin matrix phase and to form a strong bond by taking advantage of its polyfunctionality. When the carbon fiber sizing agent according to the present invention is used, the physical properties of carbon fiber composites (especially 1LSS), which have been improved by surface oxidation treatment, can be further improved by 1LSS.
It becomes possible to improve the carbon fiber by 0 to 30%, and at the same time, it becomes possible to improve the cohesiveness of carbon fiber and improve its handling property.

この発明に卦ける脂環式多官能性エポキシ化合物として
は、N,N,N′,N′−テトラグリシジルジアミノシ
クロヘキサン、N,N,N2−トリグリシジルジアミノ
シクロヘキサン、N,N,NζNf−テトラグリシジル
ジアミノ(メチル)シクロヘキサン、N,N,N′一ト
リグリシジルジアミノ(メチル)シクロヘキサン、N,
N,N′,N′−テトラグリシジルジアミノ(ジメチル
)シクロヘキサン、N,N,N′一トリグリシジルジア
ミノ(ジメチル)シクロヘキサン、N,N−ジグリシジ
ルアミノ(Nf,Nl−ジグリシジルアミノメチル)シ
クロヘキサン、N−グリシジルアミノ(N5,N′−ジ
グリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N−ジ
グリシジルアミノ(N′−グリシジルアミノメチル)シ
クロヘキサン、N,N−ジグリシジルアミノメチル(N
f,N′−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン
、N,N−ジグリシジルアミノメチル(N′−グリシジ
ルアミノメチル)シクロヘキサンなどを用いることがで
きる。
The alicyclic polyfunctional epoxy compounds used in this invention include N,N,N',N'-tetraglycidyldiaminocyclohexane, N,N,N2-triglycidyldiaminocyclohexane, N,N,NζNf-tetraglycidyl Diamino(methyl)cyclohexane, N,N,N'-triglycidyldiamino(methyl)cyclohexane, N,
N,N',N'-tetraglycidyldiamino(dimethyl)cyclohexane, N,N,N'-triglycidyldiamino(dimethyl)cyclohexane, N,N-diglycidylamino(Nf,Nl-diglycidylaminomethyl)cyclohexane, N-glycidylamino (N5,N'-diglycidylaminomethyl)cyclohexane, N,N-diglycidylamino (N'-glycidylaminomethyl)cyclohexane, N,N-diglycidylaminomethyl (N
f,N'-diglycidylaminomethyl)cyclohexane, N,N-diglycidylaminomethyl (N'-glycidylaminomethyl)cyclohexane, and the like can be used.

これらの脂環式多官能性エポキシ化合物は、相当するジ
アミンとエピクロルヒドリンから、アルカリ触媒の存在
下で、通常用いられる方法によつて製造される。
These alicyclic polyfunctional epoxy compounds are produced from the corresponding diamine and epichlorohydrin in the presence of an alkali catalyst by a commonly used method.

以下、脂環式多官能性エポキシ化合物を総称して、単に
脂環式多官能性エポキシ化合物と略記する。
Hereinafter, the alicyclic polyfunctional epoxy compounds will be collectively referred to as simply alicyclic polyfunctional epoxy compounds.

これらの脂環式多官能性エポキシ化合物の溶媒としては
、アルコール、ケトン、エステル、あるいはこれらの混
合溶媒が適当であり、特にメチルアルコール、エチルア
ルコール、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル
あるいはこれらの混合溶媒が好ましい。
Suitable solvents for these alicyclic polyfunctional epoxy compounds are alcohols, ketones, esters, or mixed solvents thereof, particularly methyl alcohol, ethyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, or mixed solvents thereof. preferable.

これらの脂環式多官能性エポキシ化合物は、上記溶媒の
溶液として使用できるはか、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を乳化剤と
して、水に分散したエマルジヨンとしても使用すること
ができる。
These alicyclic polyfunctional epoxy compounds can be used as a solution in the above solvent or as an emulsion dispersed in water using an anionic surfactant, a nonionic surfactant, or a mixture thereof as an emulsifier. can also be used.

溶液あるいはエマルジヨンに卦ける月?式多官能性エポ
キシ化合物の濃度については、特に制限はないが、20
%以下の濃度であることが好ましく、0.5〜5%の範
囲内が特に好ましい。
The moon in a solution or emulsion? There is no particular restriction on the concentration of the polyfunctional epoxy compound of the formula, but 20
% or less, and particularly preferably within the range of 0.5 to 5%.

この発明のサイジング剤は、前記脂環式多官能性エポキ
シ化合物のほかに、所望に応じて、渭剤L柔軟仕上剤、
集束剤、および被膜形成助剤の中から選ばれた一種また
は二種以上の化合物を含有することもできる。渭剤とし
ては、ステアリン酸、ステアリン酸アルキルエステル、
非イオン性界面活性剤、陰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。
In addition to the alicyclic polyfunctional epoxy compound, the sizing agent of the present invention may optionally contain a sizing agent L softening agent,
It can also contain one or more compounds selected from a sizing agent and a film-forming aid. As agents, stearic acid, stearic acid alkyl ester,
Examples include nonionic surfactants, anionic surfactants, and silicon compounds.

しかしシリコン化合物は、多量に使用すると、炭素繊維
と樹脂の親和性の低下をきたすので、その配合量の決定
は慎重に行なう必要がある。これらの渭剤の含有量は、
サイジング剤に含有される有効成分全体の重量の30%
以下であることが好ましい。集束剤としては、メチルメ
タアクリレート、エチルメタアクリレート、ブチルメタ
アクリレート、2−エチルヘキシルメタアクリレート、
ラウリルメタアクリレートなどのアルキルメタアクリレ
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−エチルヘキシルアクリレート、ラ
ウリルアクリレートなど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、ブタジエン、イソブレンなどの不
飽和炭化水素、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、メタアクリル
ニトリルなどの不飽和二トリル化合物、アクリル酸、メ
タアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、
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、またはフマール酸のモノメチル
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カルボン
酸、2−ヒドロキシエチルメタアクリレート、3−ヒド
ロキシプロピルメタアクリレート、2−クロロ3−ヒド
ロキシプロピルメタアクリレート、リン酸モノ(ヒドロ
キシプロピルメタアクリレート)エステル、アクリルア
ミド、メタアクリルアミド、Nー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−プトキ
シメチルアクリルアミドグリシジルアクリレート、グリ
シジルメタアクリレートなどのエチレン性不餌旧ヒ合物
から選択された一種または二種以上の単量体を重合する
ことによつて得られるビニル系付加重合体のうへ前記脂
環式多官能性エポキシ化合物と比較的相容性のある重合
体を用いることができるほか、ビスフエノールAジグリ
シジルエーテル型エポキゾ樹脂、ノボラツク型エポキシ
樹脂、ポリエーテルあるいはポリエステル変性可撓性エ
ポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる
However, if a silicon compound is used in a large amount, the affinity between the carbon fiber and the resin will decrease, so the amount to be blended must be determined carefully. The content of these agents is
30% of the total weight of active ingredients contained in the sizing agent
It is preferable that it is below. As a sizing agent, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate,
Alkyl methacrylates such as lauryl methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, alkyl acrylates such as lauryl acrylate, styrene derivatives such as styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, vinyl acetate, vinyl propionate fatty acid vinyl esters such as, unsaturated hydrocarbons such as butadiene and isobrene, halogenated unsaturated hydrocarbons such as vinyl chloride and chloroprene, unsaturated nitrile compounds such as acrylonitrile and methacrylonitrile, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid,
Vinyl acetic acid, alpha-ethyl acrylic acid, angelic acid: monomethyl, monoethyl ester, monobutyl ester of itaconic, maleic, or fumaric acid:
Unsaturated carboxylic acids such as maleic anhydride and itaconic anhydride, 2-hydroxyethyl methacrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 2-chloro 3-hydroxypropyl methacrylate, phosphoric acid mono(hydroxypropyl methacrylate) ester, acrylamide , methacrylamide, N-methylolacrylamide, N-methoxymethylacrylamide, N-ptoxymethylacrylamide glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, and other ethylenic feedstock former arsenic compounds. For the vinyl addition polymer obtained by polymerizing a bisphenol A diglycidyl ether type polymer, a polymer relatively compatible with the alicyclic polyfunctional epoxy compound can be used. Epoxy resin, novolak type epoxy resin, polyether or polyester modified flexible epoxy resin, polyimide resin, etc. can be used.

炭素繊維に特に集束性が要求される場合には、前記脂環
式多官能性エポキシ化合物にこれらの成分を加えること
がきわめて有効である。これらの集束剤の含有量は、丈
イジング剤に含有される有効成分全体の重量の90%以
下であることが好ましい。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。
When carbon fibers are particularly required to have cohesiveness, it is extremely effective to add these components to the alicyclic polyfunctional epoxy compound. The content of these sizing agents is preferably 90% or less of the total weight of the active ingredients contained in the lengthening agent. Film forming aids include plasticizers such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate;
Examples include high boiling point organic solvents and water.

これらの皮膜形成助剤の含有量は、サイジング剤に含有
される有効成分全体の重量の30%以下であることが望
ましレも一方、本発明に係る炭素繊維のサイジング剤に
必須成分として含有される前記脂環式多官能性エポキシ
化合物は、その有効成分(脂環式多官能性エポキシ化合
物、集束剤、渭剤、柔軟仕上剤、皮膜形成助剤)全体の
重量の少くとも10%含有されていることが好ましく、
30%以上含有されていることが特に好まし四前記脂環
式多官能性エポキシ化合物の含有量が10%以下になる
と、その多官能性にもとづく利点が十分に活かされない
場合が生じる。
The content of these film-forming aids is preferably 30% or less of the total weight of the active ingredients contained in the sizing agent. The alicyclic polyfunctional epoxy compound containing at least 10% of the total weight of its active ingredients (alicyclic polyfunctional epoxy compound, sizing agent, binding agent, softening agent, film forming aid) It is preferable that
It is particularly preferable that the content is 30% or more, and if the content of the alicyclic polyfunctional epoxy compound is less than 10%, the advantages based on its polyfunctionality may not be fully utilized.

この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、通常、炭素繊維を該サイジング剤(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 with the sizing agent according to the present invention is usually carried out by immersing the carbon fibers in the sizing agent (solution or emulsion) and then drying.
This is done by removing the solvent or dispersion medium.

サイジング剤の有効成分濃度は、25Cf6以下が好ま
しく、0.5〜5%の範囲内が特に好ましまた、この発
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〜
6%の範囲内になb、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、含浸時間ないしは含浸速度、
含浸時の炭素繊維の張力、含浸後の絞勺条件、乾燥条件
などをコントロールすることが好ましい。含浸後絞勺ロ
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、溶媒あるい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われる。この発明に
係る炭素繊維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、例えば前記脂環式多官
能lエポキシ化合物を、前述の方法で炭素繊維に付着さ
せ、次いで第二の成分、例えばアクリル系樹脂を炭素繊
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。
The concentration of the active ingredient in the sizing agent is preferably 25Cf6 or less, particularly preferably in the range of 0.5 to 5%. Furthermore, when sizing carbon fibers using the sizing agent of the present invention, the concentration of the active ingredient in the carbon fiber is Adhesion amount is 0.2~
The concentration of the active ingredient in the sizing bath, the temperature of the sizing bath, the impregnation time or impregnation rate, so that these ingredients are within the range of 6% and uniformly adhere to the carbon fiber surface.
It is preferable to control the tension of the carbon fiber during impregnation, the squeezing conditions after impregnation, the drying conditions, etc. After being impregnated, the carbon fibers passed through the wringer roller are dried using an infrared lamp, hot air, or the like at a temperature depending on the type of solvent or dispersion medium for a predetermined period of time to remove volatile components. When sizing carbon fibers using the carbon fiber sizing agent according to the present invention, the first component, for example, the alicyclic polyfunctional epoxy compound, is attached to the carbon fibers by the method described above, and then the It can also be carried out in a two-step process in which a second component, for example an acrylic resin, is attached to the carbon fibers.

この発明に係る炭素繊維の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。
Carbon fibers to which the carbon fiber sizing agent 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、この発明に係る炭素繊維のサイジング剤は、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勺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、本発明のサイジング
剤の適用対象として、特に好ましい。以下にこの発明の
実施例について説明する。実施例 1 ポリアクリルニトリル系繊維を、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300kg/ml、引張弾性率23t/7I7
11)のトウ(直径約8μの単糸6000本よ勺成る)
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、1−(N,N−ジグリシ
ジルアミノメチル)−3−(Nf,N′−ジグリシジル
アミノメチル)シクロヘキサン20gをメチルエチルケ
トン980gに溶解することによつて調製したサイジン
グ剤でサイジングしtらサイジングは、上記炭素繊維を
、該サイジング剤浴中を67n,/分Q速度で連続的に
通過せしめ、該サイジング剤を単糸間に十分浸透させ、
余分の該サイジング剤を絞bローラーで絞b取つたのち
、70℃でl分間乾燥させることによつて行つた。
Further, the carbon fiber sizing agent according to the present invention can be applied regardless of the starting material (precursor) of carbonaceous or graphite fibers or single crystals. 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 of the sizing agent of the present invention. Examples of the present invention will be described below. Example 1 Carbon fiber (high strength yarn,
Tensile strength 300kg/ml, tensile modulus 23t/7I7
11) Tow (consisting of 6000 single yarns with a diameter of approximately 8μ)
was oxidized with an aqueous sulfuric acid solution of potassium dichromate, and then 20 g of 1-(N,N-diglycidylaminomethyl)-3-(Nf,N'-diglycidylaminomethyl)cyclohexane was added using a Bopinsizer. The carbon fibers were sized with a sizing agent prepared by dissolving in 980 g of methyl ethyl ketone.The sizing was carried out by passing the carbon fibers continuously through the sizing agent bath at a speed of 67 nm/min, and then removing the sizing agent. Allow it to fully penetrate between the threads,
After squeezing out the excess sizing agent with a squeezing roller, the sample was dried at 70° C. for 1 minute.

炭素繊維に付着したサイジング剤有効成分の重量は、炭
素繊維に対して2.0%であつた。次に、このようにし
て得られた炭素繊維に、「エピコート828」(シエル
社製エポキシ樹脂の商品名)43部「ECNl235」
(チバーガイギ一社製エポキシ樹脂の商品名、成分はオ
ルソクレゾールフオルムアルデヒドノボラツクのポリグ
リシジルエーテル)43部、三フツ化ホウ素モノエチル
アミン4部、アセトン10部から成る樹脂組成物を、連
続的に含浸した。
The weight of the active ingredient of the sizing agent attached to the carbon fibers was 2.0% based on the weight of the carbon fibers. Next, 43 parts of "Epicoat 828" (trade name of epoxy resin manufactured by Ciel Corporation) and "ECNl235" were added to the carbon fiber thus obtained.
(Product name of epoxy resin manufactured by Civer-Geigy Co., Ltd.; the component is polyglycidyl ether of orthocresol formaldehyde novolac), a resin composition consisting of 43 parts of boron trifluoride monoethylamine, and 10 parts of acetone, Impregnated.

そして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120℃で10分間熱処理することによ
つて、プリプレグを作成した。このようにして得られた
ブリプレグを、長さ280m、巾307wn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、13
0℃に加熱されている油圧ブレスの熱板間に挿入し、7
kg/Cfiの加圧下で、130℃で30分間、さらに
170℃で1時間加熱した。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
繊維を含有して卦b、その1LSSを、As−ND−2
344の方法に準じて測定した結果、9.42kg/C
ILであつた。
Then, the carbon fiber tow impregnated with the resin solution is wound around a drum wrapped with silicone-treated release paper, aligned parallel to each other, and the solvent contained in the resin is evaporated. A prepreg was prepared by heat treatment at ℃ for 10 minutes. The Bripreg thus obtained was cut into pieces with a length of 280 m and a width of 307 wn, and 11 sheets were laminated and placed in a mold.
Insert it between the hot plates of a hydraulic press that is heated to 0℃, and
The mixture was heated at 130° C. for 30 minutes and then at 170° C. for 1 hour under a pressure of kg/Cfi. The obtained molded article was placed in an oven and post-cured at 170° C. for 2 hours. The resulting composite contained 56% by volume of carbon fiber, and its 1LSS was fused to As-ND-2.
As a result of measurement according to the method of 344, 9.42 kg/C
It was IL.

実施例 2 実施例1に}けるサイジング剤の代vに、1一(N,N
−ジグリシジルアミノメチル)−3一(Nf,N′−ジ
グリシジルアミノメチル)シクロヘキサン109訃よび
溶液重合法によつて得られた、共重合比が37:22:
41(モル比)のメチルメタアクリレート/ブチルアク
リレート/グリシジルメタアクリレート三元共重合体1
09を、メチルエチルケトン980gに溶解することに
よつて調製したサイジング剤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つた
Example 2 In place of the sizing agent v in Example 1, 11 (N, N
-diglycidylaminomethyl)-3-(Nf,N'-diglycidylaminomethyl)cyclohexane 109 and solution polymerization method, the copolymerization ratio was 37:22:
41 (molar ratio) of methyl methacrylate/butyl acrylate/glycidyl methacrylate terpolymer 1
Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1, except that a sizing agent prepared by dissolving No. 09 in 980 g of methyl ethyl ketone was used.

炭素繊維に付着したサイジング剤の有効成分量は、炭素
繊維に対して2.2%であつた。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。
The amount of active ingredient in the sizing agent attached to the carbon fiber was 2.2% based on the carbon fiber. Next, the binding force of the obtained carbon fibers was measured using a TM type binding force tester.

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200gにおいて行なつた
。ランクA:単数的な毛羽しか発生しない。ランクB:
複数的な毛羽が発生する。
The ranking of conjugation power was performed according to the following criteria. Note that the binding force test was conducted under a load of 200 g. Rank A: Only singular fuzz is generated. Rank B:
Multiple fluffs occur.

ランクC:毛羽が集団的に発生する。Rank C: Fuzz occurs in clusters.

ランクD:全面的に毛羽が発生する。Rank D: Fluff occurs all over the surface.

得られた結果を、第1表に示す。The results obtained are shown in Table 1.

次に、ここで得られた炭素繊維から、実施例1と同様に
して、コンポジツトを作成し、そU吻性を測定した。
Next, a composite was prepared from the carbon fibers obtained here in the same manner as in Example 1, and its rostability was measured.

得られたコンポジツトは、59容量%の炭素繊維を含有
しており、その1LSSは9.35k9/Mitであつ
た。実施例 3 実施例1に卦けるサイジング剤の代りに、1−(N,N
−ジグリシジルアミノメチル)−3−(Nf,N2−ジ
グリシジルアミノメチル)シクロヘキサン149と、「
エピコート1001」(シエル社製エポキシ樹脂の商品
名)69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サイジング剤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
、得られた炭素繊維のコンポジツト物性を測定した。
The resulting composite contained 59% carbon fiber by volume and its 1LSS was 9.35k9/Mit. Example 3 Instead of the sizing agent in Example 1, 1-(N,N
-diglycidylaminomethyl)-3-(Nf,N2-diglycidylaminomethyl)cyclohexane 149,
Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1, except that a sizing agent prepared by dissolving Epicoat 1001 (trade name of epoxy resin manufactured by Ciel Corporation) 69 in methyl ethyl ketone 9809 was used. The composite physical properties of the obtained carbon fibers were measured.

このようにして得られた炭素繊維に付着したサイジング
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 ingredient in the sizing agent adhered to the carbon fiber thus obtained was 2.1% based on the carbon fiber.

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、57容量%の炭素繊維を含有しており、その1L
SSは8.97k9/c!iであつた。
In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here contains 57% by volume of carbon fibers, and 1L of it contains 57% by volume of carbon fibers.
SS is 8.97k9/c! It was i.

実施例 4 実施例1におけるサイジング剤の代りに、l一(N,N
−ジグリシジルアルミツメチル)−3一(N′−グリシ
ジルアミノメチル)シクロヘキサン209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サ
イジング剤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、得られた炭素繊維の
コンポジツト物性を測定した。
Example 4 Instead of the sizing agent in Example 1, l-(N,N
-diglycidyl aluminum methyl)-3-(N'-glycidylaminomethyl)cyclohexane 209 in methyl ethyl ketone 9809. The fibers were sized and the composite properties of the resulting carbon fibers were measured.

このようにして得られた炭素繊維に付着したサイジング
剤の有効成分量は、炭素繊維に対して2.0Cf1)で
あつた。
The amount of active ingredient in the sizing agent adhered to the carbon fiber thus obtained was 2.0 Cf1) relative to the carbon fiber.

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、57容量%の炭素繊維を含有して卦b、その1L
SSは9.11kg/iであつた。
In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here contained 57% by volume of carbon fibers, and 1L of the composite contained 57% by volume of carbon fibers.
SS was 9.11 kg/i.

比較例 1 実施例1に訃けるサイジング剤の代りに、「エピコート
828」(シエル社製エポキシ樹脂の商品名)と「エピ
コート1001」(同上)のl:1混合物209をメチ
ルエチルケトン980gに溶解することによつて調製し
たサイジング剤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
繊維のコンポジット物性を測定した。
Comparative Example 1 Instead of the sizing agent used in Example 1, a 1:1 mixture 209 of "Epicote 828" (trade name of epoxy resin manufactured by Ciel) and "Epicote 1001" (same as above) was dissolved in 980 g of methyl ethyl ketone. Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1, except that the sizing agent prepared by the method was used, and the composite physical properties of the obtained carbon fibers were measured.

このようにして得られた炭素繊維に付着したサイジング
剤の有効成分量は、炭素繊維に対して2.4%であつた
The amount of active ingredient in the sizing agent adhered to the carbon fiber thus obtained was 2.4% based on the carbon fiber.

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卦虱その1LS
Sは7.53kg/iであつた。
In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here contained 58% by volume of carbon fibers and was 1LS.
S was 7.53 kg/i.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、Xは▲数式、化学式、表等があります▼、Yは
−Hまたは▲数式、化学式、表等があります▼、R_1
およびR_2は−Hまたは−CH_3、nおよびmは0
または1をそれぞれ示す)で、表わされる脂環式多官能
性エポキシ化合物を含有することを特徴とする炭素繊維
のサイジング剤。
[Claims] 1 General formula▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ (In the formula, ▼、R_1
and R_2 is -H or -CH_3, n and m are 0
A sizing agent for carbon fibers, characterized in that it contains an alicyclic polyfunctional epoxy compound represented by:
JP6293676A 1976-06-01 1976-06-01 carbon fiber sizing agent Expired JPS5911710B2 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59164053A (en) * 1983-03-07 1984-09-17 オリンパス光学工業株式会社 Laser knife apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS59164053A (en) * 1983-03-07 1984-09-17 オリンパス光学工業株式会社 Laser knife apparatus

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