JP2002020975A - Carbon fiber bundle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、プリプレグへの適
用性に優れ、樹脂と組み合わせて得られる複合材料が、
スポーツ用品や航空・宇宙用途等に好適に使用しうる、
高品質な炭素繊維束に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite material obtained by combining a resin with a resin having excellent applicability to a prepreg.
It can be suitably used for sporting goods and aerospace applications, etc.
Related to high quality carbon fiber bundles.
【0002】[0002]
【従来の技術】炭素繊維は比強度、比弾性率に優れた素
材であり、樹脂と組み合わせて得られる複合材料は、ス
ポーツ用品や航空・宇宙用途等に広く活用されている。
また、昨今では樹脂を含浸せしめてプリプレグとよばれ
る中間基材に加工して複合材料に成形される機会も増え
ている。2. Description of the Related Art Carbon fiber is a material excellent in specific strength and specific elastic modulus, and a composite material obtained by combining it with a resin is widely used in sporting goods, aerospace applications, and the like.
In recent years, there has been an increasing number of occasions in which a resin is impregnated, processed into an intermediate base material called a prepreg, and formed into a composite material.
【0003】炭素繊維をプリプレグに加工する場合、繊
維束を拡幅せしめて薄いシート状として樹脂を含浸せし
めて製造されるが、拡幅の際に擦過され、毛羽立った
り、表面に傷が生じ、得られる複合材料の強度特性が損
なわれることがあるため繊維を表面処理剤で被覆して繊
維束を擦過から防護する手法が一般化している。When a carbon fiber is processed into a prepreg, the fiber bundle is manufactured by widening the fiber bundle and impregnating with a resin in a thin sheet shape. Since the strength characteristics of the composite material may be impaired, a method of protecting the fiber bundle from abrasion by coating the fiber with a surface treatment agent has been generalized.
【0004】しかしながら、表面処理剤を被覆すること
により、構成単繊維が複数集束せしめられた炭素繊維束
は、樹脂を含浸する際に繊維束の拡幅性が低下し、特に
薄物のプリプレグの加工が困難となることがあった。However, the carbon fiber bundle in which a plurality of constituent single fibers are bundled by coating with a surface treatment agent has a reduced widening property of the fiber bundle when impregnated with a resin, and in particular, processing of a thin prepreg is difficult. Sometimes it was difficult.
【0005】中でも、表面の欠陥を低減させるべく、繊
維表面が平滑に加工された炭素繊維を用いる場合に前記
した傾向が顕著となり、得られる複合材料の強度が低下
する問題があった。[0005] Above all, when carbon fibers having a smooth fiber surface are used in order to reduce surface defects, the above-mentioned tendency becomes remarkable, and there is a problem that the strength of the obtained composite material is reduced.
【0006】以上述べたように、適度な集束性を備え、
炭素繊維束の毛羽立ちや表面の擦過傷を有効に抑止する
と共に、プリプレグに加工する際に要求される拡幅性を
両立した繊維束には充分満足される物が得られていない
のが現状である。[0006] As described above, with a suitable focusing property,
At present, no satisfactory fiber bundle has been obtained which effectively suppresses fluffing of the carbon fiber bundle and abrasion on the surface, and at the same time, achieves a widening property required for processing into a prepreg.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プリ
プレグへの加工性が良好であり、さらに樹脂と組み合わ
せた際に優れた強度特性を発現する複合材料が得られ
る、高性能な炭素繊維束を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a high-performance carbon fiber which has good processability into a prepreg and, moreover, provides a composite material exhibiting excellent strength characteristics when combined with a resin. Is to provide a bunch.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記した課題
を解決するために、次の構成を採用する。即ち、有機系
微粒子を含む表面処理剤で被覆され、該有機系微粒子が
表面に付着された炭素繊維束であって、該繊維束を構成
する単繊維の表面積比が1.02以下である炭素繊維
束。有機系微粒子を含む表面処理剤で被覆され、該有機
系微粒子が表面に付着された炭素繊維束であって、該繊
維束を構成する単繊維の表面積比が1.02以下である
炭素繊維束である。The present invention employs the following structure in order to solve the above-mentioned problems. That is, a carbon fiber bundle coated with a surface treatment agent containing organic fine particles and having the organic fine particles adhered to the surface thereof, wherein the surface area ratio of the single fibers constituting the fiber bundle is 1.02 or less. Fiber bundle. A carbon fiber bundle coated with a surface treating agent containing organic fine particles and having the organic fine particles adhered to the surface thereof, wherein the surface area ratio of the single fibers constituting the fiber bundle is 1.02 or less. It is.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】本発明者等は、鋭意検討の結果、
有機系微粒子を含む表面処理剤で被覆され、該有機微粒
子が付着されてなる炭素繊維束であって、該繊維束を構
成する単繊維の表面積比が特定される値である炭素繊維
束によって前記した課題を一挙に解決することを究明し
たものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A carbon fiber bundle coated with a surface treating agent containing organic fine particles, wherein the organic fine particles are adhered, and the surface area ratio of the single fibers constituting the fiber bundle is a specified value. It was sought to solve all the problems at once.
【0010】本発明による炭素繊維束は、有機系微粒子
を含む表面処理剤で被覆されてなるものであり、表面処
理剤により、繊維の表面に適量の有機系微粒子が付着し
ているものである。The carbon fiber bundle according to the present invention is coated with a surface treating agent containing organic fine particles, and an appropriate amount of organic fine particles adhere to the surface of the fiber by the surface treating agent. .
【0011】有機系微粒子としては、ポリメチルメタア
クリレート(以下、PMMAと略記)系化合物及びポリ
スチレン(以下、PStと略記)系化合物から選ばれる
少なくとも1種が挙げられる。PMMA系化合物として
は、ポリメチルメタクリレート等、PSt系化合物とし
ては、ポリスチレンラテックス等がそれぞれ挙げられ
る。Examples of the organic fine particles include at least one selected from a polymethyl methacrylate (hereinafter abbreviated as PMMA) compound and a polystyrene (hereinafter abbreviated as PSt) compound. Examples of the PMMA compound include polymethyl methacrylate and the like, and examples of the PSt compound include polystyrene latex and the like.
【0012】また、有機系微粒子は、粒径の揃った、粒
径分布の小さいものが好ましく、また、耐熱性の観点か
ら架橋構造を有しているものが好ましく使用できる。As the organic fine particles, those having a uniform particle size and a small particle size distribution are preferable, and those having a crosslinked structure from the viewpoint of heat resistance can be preferably used.
【0013】本発明において、微粒子が有機系以外の素
材、例えば、カーボンブラックや金属微粒子等の無機系
微粒子であると、水溶液中で分散性安定性が低下し、構
成単繊維に均一に付着させることが困難となることがあ
り、また、無機系微粒子は微粒子の硬度が過大なため、
繊維を損傷させる原因となることがある。In the present invention, when the fine particles are a material other than organic materials, for example, inorganic fine particles such as carbon black and metal fine particles, the dispersibility in an aqueous solution is reduced, and the fine particles are uniformly attached to the constituent single fibers. It may be difficult, and, because inorganic fine particles have excessive hardness of the fine particles,
May cause fiber damage.
【0014】本発明では、表面処理剤は、複合材料とす
る際に組み合わせる樹脂に応じて適宜選択することがで
きる。具体的には、エポキシ系樹脂等が挙げられる。ま
た、かかる表面処理剤の被覆量は、炭素繊維の重量10
0重量%に対して0.2〜5重量%、好ましくは0.2
〜3重量%の範囲内であるのが良い。0.2重量%未満
であると、繊維束の集束性が不足するとともに、繊維が
毛羽立ったり、表面に擦過傷が生じ易くなり、その結
果、得られる炭素繊維束の強度特性が不足することがあ
り、5重量%を越えると、拡幅性が低下することがあ
る。In the present invention, the surface treatment agent can be appropriately selected according to the resin to be combined when forming the composite material. Specifically, an epoxy resin or the like can be used. Further, the amount of the surface treatment agent to be applied is 10% by weight of the carbon fiber.
0.2 to 5% by weight, preferably 0.2% to 0% by weight
It is preferably in the range of 3% by weight. When the content is less than 0.2% by weight, the bundle properties of the fiber bundle are insufficient, the fibers are fuzzy, and the surface is liable to be scratched. As a result, the strength characteristics of the obtained carbon fiber bundle may be insufficient. If it exceeds 5% by weight, the widening property may be reduced.
【0015】本発明においては、前記有機系微粒子は、
実質的に真球形状であるのが好ましい。真球形以外の形
状、例えば楕円形状等では、繊維表面に擦過傷が生じる
ことがある。In the present invention, the organic fine particles include:
Preferably, it is substantially spherical. A shape other than a true sphere, such as an elliptical shape, may cause abrasion on the fiber surface.
【0016】前記有機系微粒子は、炭素繊維の重量10
0重量%に対して0.1〜1重量%、好ましくは0.1
〜0.6重量%の範囲内で炭素繊維表面に付着されてい
るのが良い。0.1重量%未満であると、拡幅性が低下
することがあり、1重量%を越えると、構成単繊維に均
一に付着させることが困難となることがある。The organic fine particles have a carbon fiber weight of 10%.
0.1 to 1% by weight, preferably 0.1 to 0% by weight
It is preferable that the content is in the range of about 0.6% by weight to the carbon fiber surface. If it is less than 0.1% by weight, the widening property may be reduced, and if it exceeds 1% by weight, it may be difficult to uniformly adhere to the constituent single fibers.
【0017】また、前記有機系微粒子は、その平均粒径
が0.1〜1μm、好ましくは0.2〜0.5μmであ
るのが良い。0.1μm未満であると拡幅性が低下する
ことがあり、0.5μmを越えると単繊維間への微粒子
の侵入が妨げられることがある。The organic fine particles have an average particle size of 0.1 to 1 μm, preferably 0.2 to 0.5 μm. If it is less than 0.1 μm, the widening property may be reduced, and if it is more than 0.5 μm, penetration of fine particles between single fibers may be hindered.
【0018】本発明による炭素繊維束は、繊維束を構成
する単繊維の表面積比が1.02以下であることが必要
であり、好ましくは1.01以下であるのが良い。1.
02を越えると、拡幅性が低下することがある。In the carbon fiber bundle according to the present invention, the surface area ratio of the single fibers constituting the fiber bundle must be 1.02 or less, and preferably 1.01 or less. 1.
If it exceeds 02, the widening property may be reduced.
【0019】本発明による炭素繊維束は、後述する方法
により計算される束拡がり係数比が1.5以上、好まし
くは1.6以上となるのが良い。1.5未満であると、
薄物のプリプレグの製造が困難となることがあり、さら
には得られたプリプレグにより製造される複合材料の強
度特性が低下することがある。尚、束拡がり係数比は
3.0あれば、本発明の効果を奏するに当たり充分であ
ることが多い。The carbon fiber bundle according to the present invention has a bundle expansion coefficient ratio calculated by a method described later of 1.5 or more, preferably 1.6 or more. If less than 1.5,
It may be difficult to produce a thin prepreg, and furthermore, the strength characteristics of a composite material produced from the obtained prepreg may be reduced. It should be noted that a bundle spreading coefficient ratio of 3.0 is often sufficient for achieving the effects of the present invention.
【0020】次に、本発明による炭素繊維束の製造方法
の一例について説明する。Next, an example of the method for producing a carbon fiber bundle according to the present invention will be described.
【0021】本発明において、繊維の原料であるアクリ
ル系共重合体は、アクリロニトリル(以下、ANと略
記)90重量%、好ましくは95重量%以上からなるも
のが使用できる。In the present invention, as the acrylic copolymer as a raw material of the fiber, one comprising 90% by weight, preferably 95% by weight or more of acrylonitrile (hereinafter abbreviated as AN) can be used.
【0022】ANと共重合するコモノマーとしては、ア
クリル酸、イタコン酸等の有機酸、若しくはそれら有機
酸のメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステ
ル、ブチルエステル、アルカリ金属塩、アンモニウム
塩、又は、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、ス
チレンルホン酸等の有機酸、若しくはそれら有機酸の金
属塩等が挙げられる。The comonomer to be copolymerized with AN is an organic acid such as acrylic acid or itaconic acid, or a methyl ester, ethyl ester, propyl ester, butyl ester, alkali metal salt, ammonium salt, or allyl sulfone of the organic acid. Organic acids such as acid, methallyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid and the like, and metal salts of these organic acids and the like.
【0023】アクリル系共重合体は、乳化重合、塊状重
合、溶液重合等、公知の方法によって重合することがで
き、紡糸原液は、ジメチルアセトアミド、ジメチルスル
ホキシド、ジメチルホルムアミド、硝酸、ロダンソーダ
ー水溶液等により調整することができる。尚、紡糸原液
中の共重合体の濃度は13〜25重量%、好ましくは1
5〜20重量%とするのが良い。13重量%未満である
と、乾湿式紡糸法によって得られる繊維の表面に、フィ
ブリルに起因する凹凸の発生が顕在化し、得られる炭素
繊維の強度特性が低下することがある。The acrylic copolymer can be polymerized by a known method such as emulsion polymerization, bulk polymerization, solution polymerization and the like. The spinning stock solution is prepared by using dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylformamide, nitric acid, aqueous solution of rhoda soda and the like. Can be adjusted. The concentration of the copolymer in the spinning solution is 13 to 25% by weight, preferably 1 to 25% by weight.
The content is preferably 5 to 20% by weight. If the content is less than 13% by weight, irregularities due to fibrils may be apparent on the surface of the fiber obtained by the dry-wet spinning method, and the strength characteristics of the obtained carbon fiber may be reduced.
【0024】次にこの紡糸原液を口金から、一旦空気中
に押し出し、溶媒と水からなる凝固浴中に紡出する乾湿
式紡糸法により紡糸後、水洗、浴延伸して乾燥緻密化
し、さらに必要に応じて加圧スチーム等の熱媒中で延伸
することによりアクリル系前駆体繊維を得る。Next, the spinning solution is once extruded from a die into the air, spun into a coagulation bath comprising a solvent and water, spinned by a wet-wet spinning method, washed with water, stretched in a bath, and dried and densified. The acrylic precursor fiber is obtained by drawing in a heat medium such as pressurized steam according to the above.
【0025】ここで、浴延伸後、乾燥緻密化前に、構成
単繊維間での接着を有効に抑止するために、アミノ変性
シリコーンを必須成分としたシリコーン系油剤を付与す
るのが好ましい。Here, after the stretching in the bath and before the drying and densification, it is preferable to apply a silicone oil containing an amino-modified silicone as an essential component in order to effectively suppress the adhesion between the constituent single fibers.
【0026】得られたアクリル系前駆体繊維を、200
℃〜300℃の空気雰囲気中、必要に応じて延伸しなが
ら耐炎化することにより耐炎化糸束を得る。The obtained acrylic precursor fiber was treated with 200
A flame-resistant yarn bundle is obtained by performing flame-resistance while stretching as needed in an air atmosphere at a temperature of from 300C to 300C.
【0027】次に、耐炎化糸束を、最高温度が600℃
〜1000℃の窒素雰囲気中、必要に応じて延伸しなが
ら炭化することによって前炭化糸束を得る。次いで、前
炭化糸束を、最高温度が1200℃〜1900℃の窒素
雰囲気中、必要に応じて延伸しながら炭化することによ
って炭素繊維束を得る。得られた炭素繊維束は、さらに
高温の窒素雰囲気中、黒炎化して黒鉛化繊維とすること
もできる。Next, the oxidized yarn bundle is heated at a maximum temperature of 600 ° C.
A pre-carbonized yarn bundle is obtained by carbonizing in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. while stretching as necessary. Next, a carbon fiber bundle is obtained by carbonizing the pre-carbonized yarn bundle while stretching it in a nitrogen atmosphere having a maximum temperature of 1200 ° C. to 1900 ° C. as necessary. The obtained carbon fiber bundle can be further graphitized in a high-temperature nitrogen atmosphere to obtain graphitized fibers.
【0028】こうして得られた炭素繊維又は黒鉛繊維
に、樹脂との接着性を高めるため、表面酸化処理を施し
ても良い。The carbon fiber or the graphite fiber thus obtained may be subjected to a surface oxidation treatment in order to enhance the adhesiveness with the resin.
【0029】次に、水洗、乾燥処理し、さらに有機系微
粒子を含む表面処理剤を付与後、乾燥して最終生産物で
ある炭素繊維束とする。ここで、有機系微粒子は、表面
処理剤を介して炭素繊維束の構成単繊維の表面に付着さ
れる。Next, after washing with water and drying, a surface treating agent containing organic fine particles is applied, and dried to obtain a carbon fiber bundle as a final product. Here, the organic fine particles are attached to the surface of the constituent single fibers of the carbon fiber bundle via a surface treatment agent.
【0030】表面処理剤中の真球形微粒子の濃度は、1
0〜50重量%の範囲とするのが良い。10重量%未満
であると、拡幅性が低下することがあり、50重量%を
越えると、構成単繊維に均一に付着させることが困難と
なることがある。The concentration of the spherical fine particles in the surface treating agent is 1
The content is preferably in the range of 0 to 50% by weight. If it is less than 10% by weight, the widening property may be reduced, and if it is more than 50% by weight, it may be difficult to uniformly adhere to the constituent single fibers.
【0031】また、表面処理剤を付与後、乾燥するに際
しては、得られる繊維束の拡幅性がさらに向上すること
から、複数のローラーを用いて炭素繊維束を千鳥状に搬
送して乾燥するのが好ましい。Further, when drying after applying the surface treatment agent, the carbon fiber bundle is conveyed in a zigzag manner using a plurality of rollers and dried because the widening property of the obtained fiber bundle is further improved. Is preferred.
【0032】[0032]
【実施例】以下、実施例により、本発明をさらに具体的
に説明する。尚、実施例において、各物性値は、次に示
す方法で測定した。 <炭素繊維の表面積比>測定する炭素繊維(試料)を5
mm長にカットし、銀ペーストを用いてシリコンウエハ
の基盤上に固定する。The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. In the examples, each property value was measured by the following method. <Surface ratio of carbon fiber> 5 carbon fibers (samples) to be measured
It is cut to a length of mm and fixed on a base of a silicon wafer using a silver paste.
【0033】次に原子間力顕微鏡(AFM)を使用し、
測定条件を下記に設定し、単繊維の中央部分を観察して
3次元表面形状の像を得る。Next, using an atomic force microscope (AFM),
The measurement conditions are set as follows, and the central portion of the single fiber is observed to obtain a three-dimensional surface shape image.
【0034】・走査モード:タッピングモード ・走査範囲:オリンパス工学工業製Siカンチレバー一
体型探針OMCLーAC120TS ・走査範囲:2.5μm×2.5μm ・走査速度:0.4Hz ・ピクセル数:512×512 ・測定環境:室温、大気中 ここでは、測定装置としてDigital Instruments社製、N
anoScope IIIa Dimension 3000ステージシステムを使用
した。Scanning mode: Tapping mode Scanning range: OMCL-AC120TS, a probe integrated with a Si cantilever manufactured by Olympus Engineering Co., Ltd. Scanning range: 2.5 μm × 2.5 μm Scanning speed: 0.4 Hz Pixel number: 512 × 512 ・ Measurement environment: room temperature, in the air In this example, Digital Instruments N
An anoScope IIIa Dimension 3000 stage system was used.
【0035】各試料について、単糸一本から一箇所ずつ
観察して得られた像について、前記装置に付属のソフト
ウエア(NanoScope IIIバージョン4.22r2)によりデー
タ処理し、1次Flattenフィルタ、Lowpassフィルタ、3
次Plane Fitフィルタを用いてフィルタリングし、得ら
れた像全体を対象として実表面積を算出する。なお、投
影面積については観察視野(2.5μm×2.5μm)
の面積とする。For each sample, an image obtained by observing one single thread at a time was processed by software (NanoScope III version 4.22r2) attached to the apparatus, and a primary Flatten filter and Lowpass filter were processed. , 3
Next, filtering is performed using a Plane Fit filter, and the actual surface area is calculated for the entire obtained image. In addition, about a projection area, an observation visual field (2.5 micrometers x 2.5 micrometers)
Area.
【0036】各試料について、任意に選んだ単繊維5本
について上記測定を行い、さらに表面積比を次式により
求め、表面積比の最大値、最小値を除いた3箇所の相加
平均値を最終的に表面積比とする。For each sample, the above measurement was carried out for five arbitrarily selected single fibers, and the surface area ratio was determined by the following equation. The arithmetic mean value of the three points excluding the maximum value and the minimum value of the surface area ratio was finally calculated. Surface area ratio.
【0037】表面積比=実表面積/投影面積 <束拡がり係数比の測定>測定する炭素繊維束を、直径
50mmφの円柱バーに、速度1m/分で接触角が90
°となるように擦過させながら搬送して円柱バー上の繊
維束の拡がり幅をゲージで測定し、その拡がり幅を繊維
束の繊度(dtex)で除した値(mm/dtex)を
束係数とする。ここで、円柱バーには硬質クロムメッキ
#200の梨地表面加工を施したものを使用する。Surface area ratio = actual surface area / projected area <Measurement of bundle spreading coefficient ratio> A carbon fiber bundle to be measured was placed on a cylindrical bar having a diameter of 50 mmφ at a speed of 1 m / min and a contact angle of 90.
° and the fiber bundle is conveyed while being rubbed so as to obtain the spread width of the fiber bundle on the cylindrical bar, measured by a gauge, and the value obtained by dividing the spread width by the fineness (dtex) of the fiber bundle (mm / dtex) is defined as the bundle coefficient. I do. Here, a cylindrical bar having a satin finish surface treatment of hard chrome plating # 200 is used.
【0038】このようにして、円柱バー出側の繊維束の
張力を75mg/dtexとして測定される束係数をR
1、同様に張力を15mg/dtexとして測定される
束係数をR2としたとき、束拡がり係数比Rを次式によ
り求める。Rが大きい程、集束性と拡幅性が両立され
た、高性能な炭素繊維束となる。In this manner, the bundle coefficient measured assuming that the tension of the fiber bundle on the exit side of the cylindrical bar is 75 mg / dtex is R
1, similarly when the beam coefficient measured tension as 15 mg / dtex was R 2, obtaining the beam spread coefficient ratio R by the following equation. The larger the value of R, the higher the carbon fiber bundle in which both the convergence property and the widening property are compatible.
【0039】R=R1/R2 <90°引張強度の測定>測定する炭素繊維束を一方向
に配列し、次に示す組成の樹脂組成物をシリコン樹脂塗
布ペーパーにコーテイングした樹脂フィルムで挟み込
み、加圧ロールで樹脂を炭素繊維束内に含浸せしめてプ
リプレグシートを作成する。 (熱硬化性樹脂) ・ビスフェノールA型エポキシ樹脂("エヒ゜コート"Ep828、
登録商標)、40重量部 ・ビスフェノールA型エポキシ樹脂("エヒ゜コート"Ep1001、
登録商標)、50重量部 ・フェノールノホ゛ラック型エポキシ樹脂("エヒ゜コート"Ep154、登録商
標)、10重量部 (熱可塑性樹脂) ・ポリビニルホルマール樹脂("ヒ゛ニレック"K、登録商
標)、5重量部 (添加剤) ・ジシアンジアミド(硬化剤)、3.5重量部 ・3、4-シ゛クロロフェニル-1、1-シ゛メチルウレア(硬化助剤)、3重量部 このシートを繊維方向を揃えて複数枚積層し、オートク
レーブ中で温度130℃、圧力3.0MPaで2時間処
理して樹脂を硬化させ、厚さ約2mmの平板を作製す
る。R = R 1 / R 2 <Measurement of 90 ° Tensile Strength> Carbon fiber bundles to be measured are arranged in one direction, and a resin composition having the following composition is sandwiched between resin films coated on silicone resin coated paper. Then, a resin is impregnated into the carbon fiber bundle with a pressure roll to prepare a prepreg sheet. (Thermosetting resin) ・ Bisphenol A type epoxy resin ("Ehjicoat" Ep828,
(Registered trademark), 40 parts by weight ・ Bisphenol A type epoxy resin ("Ehjicoat" Ep1001,
(Registered trademark), 50 parts by weight ・ Phenol nophorac type epoxy resin (“Epikote” Ep154, registered trademark), 10 parts by weight (thermoplastic resin) ・ Polyvinyl formal resin (“Pinirek” K, registered trademark), 5 parts by weight (addition・ Dicyandiamide (curing agent), 3.5 parts by weight ・ 3,4-dichlorophenyl-1,1-dimethylurea (curing aid), 3 parts by weight The resin is cured at a temperature of 130 ° C. under a pressure of 3.0 MPa for 2 hours to prepare a flat plate having a thickness of about 2 mm.
【0040】この平板をカッターで切断し、繊維方向と
直角方向の長さ190mm、繊維方向と同一方向の幅5
0mmの長方形形状の試験片を作製する。This flat plate is cut by a cutter, and has a length of 190 mm in a direction perpendicular to the fiber direction and a width of 5 mm in the same direction as the fiber direction.
A rectangular test piece of 0 mm is prepared.
【0041】この試験片についてインストロンにより引
張速度1mm/分の条件で引張試験を行い、次式により
引張強度(MPa)を求める。The test piece is subjected to a tensile test using an Instron under the condition of a tensile speed of 1 mm / min, and the tensile strength (MPa) is determined by the following equation.
【0042】引張強度(MPa)=荷重(KN)×3/4×(1/
試験片厚さ)×(1/試験片幅)×1000 (実施例、比較例)AN99.5モル%、イタコン酸
0.5モルからなる、極限粘度[η]が1.8のAN共
重合体を20重量%含むジメチルスルホキシド(DMS
O)の紡糸原液を調整し、pHが8.0になるまでアン
モニアガスを吹き込んだ。Tensile strength (MPa) = Load (KN) × 3/4 × (1 /
(Test piece thickness) × (1 / test piece width) × 1000 (Example, Comparative Example) AN copolymer having an intrinsic viscosity [η] of 1.8 consisting of 99.5 mol% of AN and 0.5 mol of itaconic acid. Dimethyl sulfoxide (DMS containing 20% by weight of
The spinning stock solution of O) was adjusted, and ammonia gas was blown until the pH reached 8.0.
【0043】その後、乾湿式紡糸法により、45℃に温
調した紡糸原液を、孔数3000の口金からDMSO水
溶液を満たした凝固浴中に紡出して、フィラメント数3
000の凝固糸条を得た。Thereafter, the spinning solution, which had been heated to 45 ° C., was spun into a coagulation bath filled with a DMSO aqueous solution from a die having a number of holes of 3000 by a dry-wet spinning method.
000 coagulated yarns were obtained.
【0044】次に、凝固糸条を熱水で水洗後、90℃の
浴中で4倍に延伸し、さらに油剤浴を通じてアミノ変性
シリコーン油剤をノニルフェノールEO付加物を用いて
乳化した、油剤濃度が2.0重量%のシリコーン系油剤
を炭素繊維の重量100重量%に対して0.7重量%付
与した。Next, the coagulated yarn was washed with hot water, stretched 4-fold in a bath at 90 ° C., and further emulsified with a nonylphenol EO adduct with an amino-modified silicone oil through an oil bath. 2.0% by weight of a silicone oil agent was added at 0.7% by weight to 100% by weight of carbon fiber.
【0045】油剤付与後の糸条を、150℃に温調した
加熱ローラーを用いて乾燥緻密化後、さらに加圧スチー
ム中で4倍に延伸し、180℃に温調した加熱ローラー
で乾燥処理し、単繊維繊度1.0dtex、総繊度30
00dtexのアクリル系前駆体繊維を得た。After the oil agent has been applied, the yarn is dried and densified using a heating roller adjusted to 150 ° C., then stretched 4 times in pressurized steam, and dried by a heating roller adjusted to 180 ° C. And single fiber fineness 1.0dtex, total fineness 30
An acrylic precursor fiber of 00 dtex was obtained.
【0046】この前駆体繊維を、先ず250〜280℃
の空気雰囲気中、安定化処理して耐炎化繊維とした。The precursor fiber is first heated at 250 to 280 ° C.
In the air atmosphere, a stabilization treatment was performed to obtain an oxidized fiber.
【0047】次に、窒素雰囲気中、最高雰囲気温度が8
00℃の前炭化炉で、400〜500℃の雰囲気温度に
おける昇温速度が100℃/分、延伸倍率を1.02と
して前炭化処理し、次いで窒素雰囲気中、最高雰囲気温
度が1450℃の炭化炉で1000〜1200℃の雰囲
気温度における昇温速度を200℃/分、延伸倍率を
0.97として炭化処理することにより、炭素繊維とし
た。Next, in a nitrogen atmosphere, the maximum atmosphere temperature is 8
In a pre-carbonizing furnace of 00 ° C., a pre-carbonizing treatment is performed at an atmosphere temperature of 400 to 500 ° C. at a temperature rising rate of 100 ° C./min and a draw ratio of 1.02. Carbon fibers were obtained by carbonizing in a furnace at an atmosphere temperature of 1000 to 1200 ° C. at a temperature increasing rate of 200 ° C./min and a draw ratio of 0.97.
【0048】次いで、炭酸アンモニウムの水溶液中で炭
素繊維1g当たり10クーロンの電荷を与えて、陽極酸
化処理を施し、水洗、乾燥処理を経て、表1に示す表面
処理剤を付与した。Then, an electric charge of 10 coulombs per 1 g of carbon fiber was given in an aqueous solution of ammonium carbonate, anodized, washed with water and dried to give a surface treatment agent shown in Table 1.
【0049】その結果、表1に示すように、いずれの実
施例も、炭素繊維束の毛羽立ちは少なく、集束性、拡幅
性共に良好となり、得られた成形品の90゜引張強度も
高いものとなった。As a result, as shown in Table 1, in each of the examples, the fluffing of the carbon fiber bundle was small, the bunching property and the widening property were good, and the 90 ° tensile strength of the obtained molded product was high. became.
【0050】一方、比較例1の炭素繊維束では、集束性
が不足して毛羽立ち易く、拡幅性も不充分であった。比
較例2では、単繊維間への微粒子の侵入が妨げられ、ま
た、拡幅性も不足していた。比較例3では、炭素繊維束
の集束性が過大となり、また、拡幅性が不足していた。
また、比較例はいずれも、得られた成形品の90゜引張
強度が不足していた。On the other hand, the carbon fiber bundle of Comparative Example 1 was insufficient in convergence, easily fluffed, and insufficient in widening. In Comparative Example 2, the penetration of the fine particles between the single fibers was prevented, and the widening property was insufficient. In Comparative Example 3, the convergence of the carbon fiber bundle was excessive, and the widening property was insufficient.
In each of the comparative examples, the obtained molded product was insufficient in 90 ° tensile strength.
【0051】[0051]
【表1】 [Table 1]
【0052】[0052]
【発明の効果】本発明によれば、プリプレグへの加工性
が良好であり、さらに樹脂と組み合わせて優れた強度特
性を発現する複合材料が得られる、高性能な炭素繊維束
を製造することができる。According to the present invention, it is possible to produce a high-performance carbon fiber bundle which has good processability into a prepreg, and which can provide a composite material exhibiting excellent strength characteristics in combination with a resin. it can.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4L033 AA09 AB01 AC09 AC15 CA13 CA18 4L037 AT02 AT03 CS03 FA01 FA12 PA55 PA57 PA65 PC10 PC11 PF45 PF47 PF52 PF54 PF59 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4L033 AA09 AB01 AC09 AC15 CA13 CA18 4L037 AT02 AT03 CS03 FA01 FA12 PA55 PA57 PA65 PC10 PC11 PF45 PF47 PF52 PF54 PF59
Claims (6)
れ、該有機系微粒子が表面に付着された炭素繊維束であ
って、該繊維束を構成する単繊維の表面積比が1.02
以下である炭素繊維束。1. A carbon fiber bundle coated with a surface treating agent containing organic fine particles and having the organic fine particles adhered to the surface thereof, wherein the surface area ratio of the single fibers constituting the fiber bundle is 1.02.
A carbon fiber bundle that is:
レート系化合物及びポリスチレン系化合物から選ばれる
化合物を主成分とするものである請求項1記載の炭素繊
維束。2. The carbon fiber bundle according to claim 1, wherein the organic fine particles are mainly composed of a compound selected from a polymethyl methacrylate compound and a polystyrene compound.
量100重量%に対して0.2〜5重量%である請求項
1記載の炭素繊維束。3. The carbon fiber bundle according to claim 1, wherein the coating amount of the surface treatment agent is 0.2 to 5% by weight based on 100% by weight of the carbon fiber.
る請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維束。4. The carbon fiber bundle according to claim 1, wherein said organic fine particles are substantially spherical.
重量100重量%に対して0.1〜1重量%である請求
項1〜4のいずれかに記載の炭素繊維束。5. The carbon fiber bundle according to claim 1, wherein the amount of the organic fine particles attached is 0.1 to 1% by weight based on 100% by weight of the carbon fibers.
μmの範囲内である請求項1〜5のいずれかに記載の炭
素繊維束。6. The organic fine particles having an average particle size of 0.1 to 1
The carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 5, which is within a range of µm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000207950A JP2002020975A (en) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | Carbon fiber bundle |
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ID=18704626
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016199681A (en) * | 2015-04-10 | 2016-12-01 | 東邦テナックス株式会社 | Fiber-reinforced composite material |
-
2000
- 2000-07-10 JP JP2000207950A patent/JP2002020975A/en active Pending
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