KR20170089474A - Carbon fiber bundles and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to carbon fiber bundles manufactured by a drying process using carbon fibers and a sizing agent. The sizing agent consists of an epoxy resin and an EO additive thereof, has the viscosity of 6-8 x 10^6 cP at 25C and 800-3,000 cP at 100C, and has the elasticity of 2.5-5.3 at 100C. The drying process is in a two-step process through a hot-air dryer and a heating roller after immersing carbon fibers in a resin. Accordingly, focusing properties and opening properties are improved. The carbon fiber bundles are suitable for purposes such as a reinforcing agent of a thermal curable resin, a composite material of carbon fibers, etc.

Description

탄소섬유 다발 및 이의 제조방법 {Carbon fiber bundles and method of manufacturing the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a carbon fiber bundle,

본 발명은 탄소섬유 다발 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 탄소섬유 다발에 점탄성을 갖는 사이징제를 부여하고 2단계의 건조방법을 통해서 집속성과 개섬성을 높여 취급성 및 함침성이 우수한 탄소섬유 복합재료용 탄소섬유 다발 및 이의 제조방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a carbon fiber bundle and a method of manufacturing the carbon fiber bundle, and more particularly, to a carbon fiber bundle and a method of manufacturing the carbon fiber bundle, To a carbon fiber bundle for a carbon fiber composite material and a manufacturing method thereof.

탄소섬유는 신도가 작고, 기계적 마찰 등에 의해서 쉽게 단섬유 부러짐이나 모우(보풀)가 발생하기 쉽다. 따라서 탄소섬유에 사이징제를 부여함으로써 취급성을 향상시킬 수 있다. The carbon fiber is small in elongation, and easily broken or scraped (fluff) easily occurs due to mechanical friction or the like. Therefore, handling property can be improved by providing a sizing agent to the carbon fiber.

그리고 탄소섬유 복합재료 제조 시, 탄소섬유와 열경화성 매트릭스 수지와의 접착 특성을 향상시키기 위해서 에폭시 수지계나 우레탄 수지계 등의 사이징제가 주로 사용되고 있다. In order to improve the adhesion properties between the carbon fiber and the thermosetting matrix resin in the production of the carbon fiber composite material, sizing agents such as epoxy resin or urethane resin are mainly used.

이러한 사이징제의 성분에 따라, 탄소섬유 다발의 집속성과 개섬성이 변화한다. Depending on the components of the sizing agent, the aggregation and openability of the carbon fiber bundles change.

그러나, 집속성과 개섬성은 서로 양립하는 특성을 지녀서, 이를 동시에 향상시키기는 힘들다.However, it is difficult to simultaneously improve the properties of the house and the openability, since they have mutually compatible characteristics.

상기한 바와 같이 탄소섬유가 갖는 특성 중 집속성과 개섬성은 서로 양립하는 성질을 갖는바 동시에 향상시키기 어려운 문제점이 있다.As described above, the properties of the carbon fibers are such that they are compatible with each other, and at the same time, are difficult to improve.

이에 본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄소섬유 다발에 점탄성을 갖는 사이징제 부여 및 2단계의 건조방법을 통해서 집속성 및 개섬성을 높이고, 상기 탄소섬유 다발을 이용해 취급성 및 함침성이 우수한 열경화성 수지의 강화재 등의 용도에 적합한 탄소섬유 다발 및 그 제조방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a carbon fiber bundle which is improved in homeability and openability by providing a sizing agent having a viscoelasticity to a bundle of carbon fibers, A carbon fiber bundle suitable for use as a reinforcement material of a thermosetting resin excellent in impregnation property, and a method for producing the carbon fiber bundle.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 탄소섬유 다발에 사용되는 사이징제에 있어서, 상기 사이징제는 수지 및 그에 대한 첨가물로 이루어져 있으며, 상기 수지는 에폭시기를 2 개 이상 포함하거나 고분자량의 에폭시와 폴리에스테르를 혼합한 화합물인 에폭시계 수지를 포함하고, 상기 첨가물은 에폭시계 에틸렌옥사이드인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 다발을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a sizing agent for use in a carbon fiber bundle, wherein the sizing agent comprises a resin and an additive thereof, and the resin contains two or more epoxy groups, Wherein the additive is an epoxy-based ethylene oxide, wherein the additive is an epoxy-based ethylene oxide.

또한, 상기 사이징제에 함침시킨 탄소섬유 다발을 1차 열풍건조기로 건조시키고 2차 히팅롤러로 건조시켜 집속성 및 개섬상을 향상시킨 탄소섬유 다발의 제조방법을 제공한다.A carbon fiber bundle impregnated with the sizing agent is dried by a primary hot air drier and dried by a secondary heating roller to improve the properties of the carbon fiber bundle.

본 발명의 점탄성을 갖는 사이징제를 부여한 탄소섬유 다발 및 이의 제조방법은 집속성 및 개섬성이 향상됨으로 인해, 상기 탄소섬유 다발을 이용한 복합재료 제조 시 복합재료의 취급성이 향상되고 매트릭스 수지에 대해서 우수한 함침성을 발현하여 생산성 향상에 기여하는 효과가 있다. The carbon fiber bundle to which the sizing agent having viscoelasticity of the present invention is imparted and the manufacturing method thereof can improve handling property of the composite material when the composite material using the carbon fiber bundle is improved due to the improvement of the aggregate property and openability, Thereby exhibiting an excellent impregnation property and contributing to the improvement of productivity.

도 1 은 본 발명에 따른 사이징제 부여 및 1차 건조 공정을 나타낸 개략도 이다.
도 2 는 도 1의 1차 건조 공정 후 2차 공정을 나타낸 개략도이다.
도 3 은 도 1의 공정에 사용되는 요철롤의 사시도이다.
도 4 는 도 3에 도시된 요철롤의 A-A의 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 집속성(Drape) 평가 모식도이다.1 is a schematic view showing a sizing agent application and a primary drying process according to the present invention.
Fig. 2 is a schematic view showing a secondary process after the primary drying process of Fig. 1; Fig.
3 is a perspective view of the uneven roll used in the process of FIG.
4 is a cross-sectional view of AA of the concave-convex roll shown in Fig.
FIG. 5 is a schematic diagram for evaluating a property score according to the present invention. FIG.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하의 내용은 본 발명을 설명하기 위해 예시하는 것으로 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, the following description is intended to illustrate the present invention, and the present invention is not limited thereto.

본 발명은 탄소섬유 다발에 사용되는 사이징제에 있어서, 상기 사이징제는 수지 및 그에 대한 첨가물로 이루어져 있으며, 상기 수지는 에폭시기를 2 개이상 포함하거나, 고분자량의 에폭시와 폴리에스테르를 혼합한 화합물인 에폭시계 수지를 포함하고, 상기 첨가물은 에폭시계 에틸렌옥사이드를 사용하는 탄소섬유 다발에 관한 것이다.The present invention relates to a sizing agent for use in a carbon fiber bundle, wherein the sizing agent comprises a resin and an additive thereof, and the resin is a compound containing two or more epoxy groups or a mixture of a high molecular weight epoxy and a polyester Based resin, and the additive is a carbon fiber bundle using an epoxy-based ethylene oxide.

또한 본 발명은 상기 사이징제가 부여된 탄소섬유 다발의 제조방법에 있어서, 상기 사이징제는 에폭시기를 2 개 이상 포함하거나, 고분자량의 에폭시와 폴리에스테르를 혼합한 화합물인 에폭시계 수지를 포함하고, 에폭시계 에틸렌옥사이드를 부가 첨가하여 사이징제 혼합물을 얻고, 여기에 탄소섬유를 함침시킨 다음 1차 열풍건조기로 건조시키고 2차 히팅롤러로 건조시킴을 특징으로 하는 집속성 및 개섬성을 향상시킨 탄소섬유 다발의 제조방법에 관한 것이다.In the method of manufacturing a carbon fiber bundle to which the sizing agent is applied, the sizing agent includes an epoxy resin which is a compound containing two or more epoxy groups or a mixture of a high molecular weight epoxy and a polyester, Wherein the carbon fiber bundle is impregnated with a sizing agent, and the mixture is dried with a primary hot air drier and dried with a secondary heating roller. And a method for producing the same.

본 발명의 탄소섬유 다발을 이용하여 프리프레그, 직물, 인발(pultrusion), 필라멘트 와인딩(filament winding)과 같은 복합재료 제조 시, 복합재료의 취급성 및 함침성의 향상으로 인하여 우수한 효과를 나타내는 탄소섬유 복합재료용 탄소섬유 다발을 제조 할 수 있다.When the carbon fiber bundle of the present invention is used to produce composite materials such as prepreg, fabric, pultrusion, filament winding, and the like, the carbon fiber composite A carbon fiber bundle for a material can be produced.

취급성 및 함침성이 우수한 탄소섬유 복합재료용 탄소섬유 다발의 제조는 사이징제를 통하여 실현된다. 즉, 탄소섬유 다발의 집속성 및 개섬성이 우수하여야 이를 이용하여 제조한 탄소섬유 복합재료의 취급성 및 함침성이 우수하게 되는바, 탄소섬유 다발의 집속성 및 개섬성을 향상시킬 수 있도록 사이징제의 점탄성과 점도를 조절하여야 한다. The production of a carbon fiber bundle for a carbon fiber composite material excellent in handling property and impregnation property is realized through a sizing agent. That is, the carbon fiber composite material is excellent in handleability and impregnability because of its excellent aggregation property and openability of the carbon fiber bundle, so that the sizing and sizing of the carbon fiber bundle can be improved, The viscoelasticity and viscosity of the composition should be controlled.

사이징제의 성분과 함량을 조절하여 점도를 높이면 탄소섬유와 탄소섬유간의 집속성이 증가하게 되고, 마찬가지로 사이징제의 성분과 함량의 조절을 통하여 점탄성을 높이면 탄소섬유와 탄소섬유 간에 공극이 유지되어 개섬성이 증가하게 된다. When the viscosity of the sizing agent is controlled to increase the viscosity, the aggregation property between the carbon fibers and the carbon fibers is increased. Similarly, when the viscoelasticity is increased by adjusting the content and the content of the sizing agent, the voids between the carbon fibers and the carbon fibers are maintained The abundance increases.

본 발명에서는 점탄성 물성 특성(DMA 특성)을 갖는 사이징제를 선택하고, 그와 더불어 사이징제 부여 및 2 단계의 건조방법을 통하여 열경화성 수지의 강화재 등의 용도에 적합한 탄소섬유 다발을 제조할 수 있다. In the present invention, a sizing agent having a viscoelastic property (DMA characteristic) is selected, a sizing agent is added thereto, and a two-step drying method is used to produce a carbon fiber bundle suitable for use as a reinforcement of a thermosetting resin.

[사이징제의 구성] [Composition of sizing agent]

본 발명의 열경화성 수지의 강화재 등의 용도에 적합한 탄소섬유 다발에 사용되는 사이징제는 수지 및 그에 대한 첨가물로 구성될 수 있다. The sizing agent used for the carbon fiber bundle suitable for use as the reinforcement of the thermosetting resin of the present invention may be composed of a resin and an additive thereto.

상기 수지는 에폭시기를 2개 이상 포함하거나, 고분자량의 에폭시와 폴리에스테르를 혼합한 에폭시계 화합물로 구성될 수 있다. The resin may be composed of an epoxy compound containing two or more epoxy groups or a mixture of a high molecular weight epoxy and a polyester.

또한, 상기 첨가물로써 에폭시계 에틸렌옥사이드(Ethylene Oxide, EO, 이하 EO라고 칭한다) 부가물이 사용될 수 있으며, 사이징제의 수지 조성물에 대하여 첨가물은 30 질량% 미만 함유되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10 질량% 이상 25 질량% 미만 함유되어야 한다. An ethylene oxide (EO) adduct may be used as the additive, and the additive is preferably contained in an amount less than 30% by mass based on the resin composition of the sizing agent, more preferably, 10% by mass or more and less than 25% by mass.

상기 첨가물로써 에폭시계 EO는 10 질량% 이하이면 탄소섬유의 집속성이 강하여 확폭성이 낮아져 개섬성이 저하될 수 있고, 25 질량% 이상이면 복합재료 접착특성이 저하될 수 있는 문제점이 발생한다. When the epoxy-based EO is 10 mass% or less as the above-mentioned additive, the aggregation property of the carbon fiber is strong and the widening property is lowered and the openability can be lowered, and when it is 25 mass% or more, the composite adhesive property may be deteriorated.

상기 사이징제는 물에 유화하여 사이징 수용액 형태로 사용함이 바람직한 바, 탄소섬유에 사이징제를 부여 시에는 사이징제를 물에 희석하여 조제한 사이징 수용액을 함침 시킨 후에 건조시킨다. Preferably, the sizing agent is emulsified in water to be used in the form of a sizing aqueous solution. When the sizing agent is added to the carbon fiber, the sizing agent is diluted with water to prepare a sizing aqueous solution.

따라서, 상기 사이징제는 상기 에폭시계 수지의 점도가25 ℃에서 6~8×106 cP, 100 ℃에서 800~300 cP이며, 탄성(Tan δ) 값이 100 ℃에서 2.5~5.3인 것을 특징으로 한다. Accordingly, the sizing agent is characterized in that the viscosity of the epoxy resin is 6 to 8 × 10 6 cP at 25 ° C., 800 to 300 cP at 100 ° C., and an elasticity (Tan δ) value at 2.5 to 5.3 at 100 ° C. do.

[사이징제의 부여 및 건조 공정][Application of sizing agent and drying step]

본 발명은 총 2 단계의 건조 단계를 거쳐 실시하며, 사이징제의 상태는 완전히 고화된 상태가 아니며 점탄성을 나타내게 된다. 이러한 유동성 있는 특성으로 인해 탄소섬유 다발은 압력이나 열에 의하여 필라멘트들이 퍼지는 특성을 나타낸다. The present invention is carried out through a total of two drying steps. The sizing agent is not completely solidified and exhibits viscoelasticity. Due to such fluid characteristics, the carbon fiber bundles exhibit the characteristics of spreading filaments by pressure or heat.

특히, 일방향 프리프레그 제조는 섬유로부터 수지를 함침시켜 얇게 시트화 하는 작업이므로, 수지함침이 균일하기 위해서는 탄소섬유 다발이 균일하게 잘 퍼지는 특성, 즉 개섬성이 요구된다. Particularly, since unidirectional prepreg is produced by impregnating a resin with a resin to form a thin sheet, the uniformity of the resin impregnation requires uniform spreading of the carbon fiber bundles, that is, openability.

일반적으로 사이징제 점도가 낮으면 개섬성이 유리하지만 집속성이 낮아져 취급성이 불량해지고, 반대로 사이징제 점도를 높이면 집속성은 유리하지만 개섬성이 불리해진다. In general, when the viscosity of sizing agent is low, openability is advantageous, but house property is lowered and handleability becomes poor. On the other hand, if viscosity of sizing agent is increased, house property is advantageous but openability is disadvantageous.

그러나, 동일한 사이징제를 사용한다 하더라도 함침 및 건조방법에 따라 집속성 및 개섬성이 변화된다. 접촉식 건조와 같이 히팅 롤러를 사용하면 사이징제가 표면에만 건조되어 집속성이 높아져 개섬이 잘 되지 않고 비접촉식 건조와 같이 열풍 건조기를 사용하면 사이징제가 섬유 사이로 건조되어 집속성이 낮아질 수 있으나 개섬은 잘 되는 양립하는 특성을 가진다. However, even if the same sizing agent is used, the property of aggregation and openability are changed according to the impregnation and drying method. If the heating roller is used as the contact type drying, the sizing agent is dried only on the surface and the house property is increased, so that the opening is not easy. When the hot air drier is used like the non-contact type drying, the sizing agent is dried between the fibers, It has characteristics that are compatible with each other.

따라서, 본 발명에서의 사이징제 건조 방법은 열풍 건조기와 히팅 롤러를 적절히 혼합하여 건조하는 방법을 택함으로써 탄소섬유간의 집속성과 개섬성을 동시에 확보하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 사이징제를 탄소섬유에 부여한 후, Therefore, the sizing agent drying method of the present invention is characterized in that the hot-air dryer and the heating roller are appropriately mixed and dried, thereby ensuring both the collecting property and the openability between the carbon fibers. Specifically, after the sizing agent is applied to the carbon fiber,

1차적으로 열풍 건조기를 사용하여 사이징제 내 수분을 휘발시키고 탄소 섬유 사이사이에 사이징제가 고루 건조되게 한 후, 2차적으로 히팅 롤러를 사용하여 열처리하여 섬유표면을 확폭시켜 개섬이 잘 되도록 하였다.Firstly, a sizing agent was evaporated in the sizing agent using a hot-air drier, and the sizing agent was uniformly dried between the carbon fibers, and then heat-treated with a second heating roller to widen the surface of the fiber to facilitate carding.

상기 1차 열풍 건조기 온도는 수분을 휘발시키는 목적에서 90 ℃ 이상 120 ℃이하의 온도범위에서 30 초 ~ 180 초 이내 건조하는 것이 바람직하다. 90 ℃ 이하가 되면, 수분의 휘발속도가 현저히 느려져 사이징제의 건조효율이 떨어지고 120 ℃ 이상이 되면 수분휘발속도가 급격히 빨라져 사이징제 액막이 탄소섬유 표면에 고착화되기 쉬운 경향이 있다. It is preferable that the temperature of the primary hot air dryer is dried within a range of 90 ° C to 120 ° C within 30 seconds to 180 seconds for the purpose of volatilizing moisture. When the temperature is lower than 90 ° C, the volatilization rate of water is considerably slowed to lower the drying efficiency of the sizing agent. When the temperature exceeds 120 ° C, the water evaporation rate rapidly increases, and the liquid film of the sizing agent tends to stick to the surface of the carbon fiber.

상기 1차 열풍 건조기 체류 시간이 30 초 보다 짧으면 사이징제가 증발하기 시작하기 전에 건조가 종료해 원하는 하는 사이징 부착량을 얻을 수 없는 경우가 발생하며, 반대로 180 초 보다 길어지면, 만약 사이징제가 부착된 연속하는 탄소섬유 다발을 건조시킨 경우에 설비가 커져 설비 비용이 증가한다. If the residence time of the primary hot air dryer is shorter than 30 seconds, drying may be terminated before the sizing agent begins to evaporate to obtain a desired sizing amount. On the other hand, if the residence time is longer than 180 seconds, When the carbon fiber bundle is dried, the equipment becomes large and the equipment cost increases.

상기 2차 히팅롤러는 수분이 휘발된 사이징제를 열처리하는 목적에서 실시하며, 150 ℃ 이상 200 ℃이하 온도범위에서 10 초 ~ 180 초 이내 건조하는 것이 바람직하다. 150 ℃ 이하가 되면, 사이징제의 고화가 부족하여 점착성이 발생하여 고차 가공성이 떨어지는 문제점이 발생하며, 200 ℃ 이상이 되면 사이징제 내 에폭시수지의 분해가 일어나는 문제점이 발생한다. 상기 2차 히팅롤러의 체류시간이 10초 보다 짧으면 사이징제 열처리 효과를 기대하기 어렵고, 반대로 180초 보다 길어지면, 사이징제를 열처리하기 위한 히팅롤러가 많이 필요해 설비비가 과다해지고 그에 따른 섬유 장력이 많이 걸리는 문제점이 발생한다. The secondary heating roller is preferably used for the purpose of heat treating the volatilized sizing agent, and is preferably dried within a temperature range of 150 ° C to 200 ° C within 10 seconds to 180 seconds. When the temperature is lower than 150 ° C., the sizing agent is insufficiently solidified to cause stickiness, thereby deteriorating the high-order processability. When the temperature exceeds 200 ° C., the epoxy resin in the sizing agent is decomposed. If the residence time of the secondary heating roller is shorter than 10 seconds, it is difficult to expect a heat treatment effect of the sizing agent. On the contrary, if the secondary heating roller is longer than 180 seconds, a heating roller for heating the sizing agent is required. The problem occurs.

보다 구체적으로 본 발명을 이해하기 위해서 본 발명의 건조 공정에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.  More specifically, in order to understand the present invention, the drying process of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

우선 도 1 에 도시된 바와 같이, 표면 처리된 탄소섬유(100)가 사이징 수용액 함침기(110)를 통해 유입된다. 이후 사이징 디핑 롤(116)을 통과하며 사이징 수용액(114)이 탄소섬유에 함침된다. 사이징 수용액 함침기(110)를 통과한 탄소섬유는 1차 건조처리 단계로 열풍 건조기(130)를 통과한다. 그 후 2차 건조처리 단계로 도 2에 도시된 히팅 롤러(140) 통과하여 와인더(150)로 이동하며 건조 공정이 마무리 된다. First, as shown in FIG. 1, the surface-treated carbon fibers 100 are introduced through a sizing aqueous solution impregnator 110. Thereafter, the sizing dipping roll 116 is passed and the sizing aqueous solution 114 is impregnated with the carbon fibers. The carbon fibers having passed through the sizing aqueous solution impregnator 110 pass through the hot air dryer 130 to the primary drying processing step. Thereafter, the film is passed through the heating roller 140 shown in FIG. 2 to the winder 150, and the drying process is completed.

[실험예][Experimental Example]

본 발명에서는 점탄성이 있는 사이징제를 탄소섬유에 부여하고, 이를 열풍 건조기 및 히팅 롤러를 통한 건조단계를 거침으로써 탄소섬유 다발의 집속성 및 개섬성을 높이고자 하는 것이므로 사이징제의 점탄성을 측정하고, 사이징제를 부여한 탄소섬유 다발의 집속성 및 개섬성을 평가하기 위한 실험을 실시하였다. In the present invention, since the sizing agent having a viscoelastic property is applied to the carbon fiber and the carbon fiber bundle is subjected to a drying step through a hot air drier and a heating roller, the aggregation property and openability of the carbon fiber bundle are increased, Experiments were conducted to evaluate the aggregate properties and openability of the carbon fiber bundles to which sizing agents were added.

1. 사이징제 점탄성 측정1. Measuring sizing agent viscoelasticity

사이징제는 수지성분과 유화제, 평활제가 유화된 액상의 상태로, 이를 건조하여 수분을 제거한 상태에서 레오미터(Rheometer; Anton Paar사, MCR-301)를 사용하여, 전단속도 5 °C/min로 상온에서 110 °C까지 점탄성 특성을 측정하였다. 이로부터 점도 및 탄성 (E′(storage modulus), E″(loss modulus) 및 Tan δ)을 얻었다. The sizing agent was dried at a shear rate of 5 ° C / min using a rheometer (Anton Paar, MCR-301) with the resin component, emulsifier and smoothing agent emulsified in a liquid state, Viscoelastic properties were measured at room temperature to 110 ° C. From this, viscosity and elasticity (E '(storage modulus), E "(loss modulus) and Tan δ) were obtained.

사이징제의 점탄성을 측정하는 실험에서 비교예로 사용한 사이징제는 에폭시 수지를 100 질량% 사용하였으며, 실시예 1 내지 3으로 사용한 사이징제는 에폭시와 폴리에스테르로 구성된 수지에 에폭시 EO 부가물을 첨가하였다. 그 혼합 질량 비율은 아래 [표 1](사이징제 구성 및 점탄성 결과)에 도시하였다. In the experiment for measuring the viscoelasticity of the sizing agent, 100% by mass of an epoxy resin was used as a sizing agent used as a comparative example. In the sizing agent used in Examples 1 to 3, an epoxy EO adduct was added to a resin composed of an epoxy and a polyester . The mixing mass ratios are shown in Table 1 below (sizing composition and viscoelasticity results).

Figure pat00001
Figure pat00001

사이징제의 점탄성을 측정한 결과 비교예와 비교하여 실시예 1, 2 및 3의 Tan δ이 증가한 것으로 나타났으므로, 이는 에폭시 및 폴리에스테르 성분으로 이루어진 수지에 에폭시계 EO 부가물을 첨가하는 경우 사이징제의 탄성률이 증가하는 것을 의미한다.As a result of measurement of the viscoelasticity of the sizing agent, Tan δ of Examples 1, 2 and 3 was increased as compared with the Comparative Example. Therefore, when the epoxy-based EO adduct was added to a resin comprising epoxy and polyester components, This means that the modulus of elasticity increases.

사이징제의 점도와 탄성률은 사이징제의 성분(수지 함량 및 분자량, 첨가물 함량)등에 따라 변하며 사이징제의 온도가 증가할수록 점도와 탄성률은 감소하는 형태로 나타난다. 사이징제의 점도와 탄성률은 탄소섬유의 집속성과 개섬성에 영향을 미치기 때문에 적절한 범위를 선택하는 것이 바람직하다. 사이징제의 점도가 너무 높으면 탄소섬유의 집속성은 우수해지지만 개섬성이 나빠질 수 있고, 점도가 너무 낮으면 탄소섬유의 개섬성이 우수해지지만 집속성이 나빠져 공정성이 저하되는 문제점이 발생한다. The viscosity and elastic modulus of the sizing agent vary with the components of the sizing agent (resin content and molecular weight, additive content), and the viscosity and elastic modulus decrease with increasing temperature of the sizing agent. Since the viscosity and modulus of the sizing agent affect the aggregation and openability of the carbon fibers, it is desirable to select an appropriate range. If the viscosity of the sizing agent is too high, the aggregation property of the carbon fiber becomes excellent, but the openability of the carbon fiber can be deteriorated. If the viscosity is too low, the openability of the carbon fiber becomes excellent, but the aggregate property deteriorates and the processability is deteriorated.

2. 사이징제 부여한 탄소섬유 다발의 집속성 평가 2. Assessment of house properties of carbon fiber bundles given sizing agent

탄소섬유 다발은 수천~수만 개의 필라멘트로 구성되어 있는데, 하나의 토우(tow)로서 다발로 취급된다. 이러한 탄소섬유의 다발은 집속성이 높은 경우 하드터치(hard touch) 감을 가지게 되며, 집속성이 낮은 경우는 소프트 터치(soft touch)감을 가지게 된다. 이러한 집속성은 드레이프(Drape)를 측정하여 평가한다. 도 5 에 나타난 드레이프 모식도를 참고하여 드레이프 측정방법을 설명하면, 1000 m 탄소섬유를 50 g 하중에서 30 분간 방치한 후 길이를 350 mm(L)로 절단한다. 높이(h)가 300nm인 아크릴 상자 위에 탄소섬유(200) 350 mm의 한쪽 끝을 20 mm만큼 테이프로 고정시킨 후, 자유 낙하한 거리(220)를 mm단위의 자로 50 회 측정하여 평균값을 산출한다. The carbon fiber bundle is composed of several tens to tens of thousands of filaments, and is treated as a bundle as one tow. The bundle of carbon fibers has a hard touch feeling when the housing property is high and a soft touch feeling when the house property is low. These house attributes are measured by measuring the drape. The drape measurement method will be described with reference to the drape diagram shown in Fig. 5. The length of the 1000 m carbon fiber is cut to 350 mm (L) after leaving for 30 minutes under a load of 50 g. One end of the carbon fiber 200 of 350 mm is fixed with a tape by 20 mm on an acrylic box having a height h of 300 nm and then the free fall distance 220 is measured 50 times in mm increments to calculate an average value .

탄소섬유 다발의 드레이프 평가 결과는 하기 [표 2]에 도시하였다.The results of the drape evaluation of the carbon fiber bundles are shown in Table 2 below.

3. 사이징제 부여한 탄소섬유 다발의 개섬성 평가 3. Evaluation of openability of carbon fiber bundle to which sizing agent is assigned

탄소섬유 다발의 개섬성은 개섬사폭을 측정하여 평가하였다. 탄소섬유 다발을 확폭하는 장치로서 표면이 평활한 직경 10 nm 의 스텐레스제의 봉 5 개를 5 cm 간격으로 두고 탄소섬유가 스텐레스제의 봉과 120도의 접촉각으로 지그재그방향으로 주행하도록 하면서 탄소섬유를 3 m/min의 속도로 주행시킨다. 탄소섬유를 상기 5 개의 봉을 통과시켜, 확폭된 사폭을 레이저 센서로부터 검출하고 5000 개의 데이터로부터 평균 개섬사폭과 CV %를 산출한다. The openability of the carbon fiber bundle was evaluated by measuring the opening width. A device for widening a bundle of carbon fibers, wherein five stainless steel rods having a smooth surface and having a diameter of 10 nm are arranged at intervals of 5 cm and carbon fibers are run in a zigzag direction at a contact angle of 120 degrees with a stainless steel rod, / min. < / RTI > The carbon fiber is passed through the five rods, and the widened width is detected from the laser sensor, and the average opening width and the CV% are calculated from 5000 pieces of data.

본 발명의 사이징제가 부여된 후 건조 한 탄소섬유 다발의 집속성과 개섬성을 평가하는 실험에서 사용한 비교예는 사이징 함침 후 열풍 건조기만 통과시켜 와인딩 하였고, 도 1 및 도 2를 참고하면 실시예 1 내지 3은 사이징 함침후 1차 건조단계로 열풍 건조기(130)를 통과시키고 2차 건조단계로 히팅 롤러(140)를 통과시켜 와인딩(150) 하는 2단계의 건조공정을 거쳤다. 1 and 2, the comparative example used in the experiment for evaluating the cohesion and openability of the dried carbon fiber bundles after the sizing agent of the present invention was applied was subjected to sizing impregnation and then wound. To 3 were subjected to a two-step drying process in which a sizing impregnation was followed by a first drying step, a hot air dryer 130, and a second drying step through a heating roller 140 to wind 150.

탄소섬유 다발의 개섬사폭 측정 결과는 하기 [표 2](사이징제 부여 후 건조 한 탄소섬유 다발 특성 및 프리프레그 적용시 품질)에 도시하였다. The results of the open width measurement of the carbon fiber bundles are shown in Table 2 (properties of the carbon fiber bundles dried after the sizing agent is applied and the quality when the prepreg is applied).

Figure pat00002
Figure pat00002

본 발명이 탄소섬유 다발을 이용하여 탄소섬유 복합재료인 프리프레그를 제조한 결과를 분석하여 보면, 비교예에 사용된 건조단계를 거친 경우는 프리프레그의 공정성이 떨어지고, 모우가 불량해 제조가 불가능하였으나, 본 발명의 실시예 1 내지 3 의 2 단계 건조 공정을 거친 경우는 공정성이 개선되고 모우가 우수하며 틈 개수가 현저히 줄어드는 결과가 나타났다. When the carbon fiber composite material of the present invention is made of a carbon fiber composite material, the prepreg is analyzed. As a result, when the drying step used in the comparative example is used, the prepreg is inferior in processability, However, in the case of the two-step drying process of Examples 1 to 3 of the present invention, the processability was improved, the dryness was excellent, and the number of openings was remarkably reduced.

따라서 본 발명의 점탄성을 갖춘 사이징제 성분을 택하여 집속성과 개섬성을 향상시킬 수 있는 2 단계의 건조 공정을 거친 탄소섬유 다발은 프리프레그를 제조함에 있어서 취급성이 향상되고 함침성이 우수하다는 결론을 도출하였다. Therefore, the carbon fiber bundle which has been subjected to the two-step drying process in which the sizing agent component having the viscoelastic property of the present invention is selected to improve the aggregate property and the openability can be obtained by And conclusions were drawn.

100: 표면 처리 후 탄소섬유 110: 사이징 수용액 함침기
111: 사이징 수용액 공급라인 112: 사이징 수용액 공급 장치
113: 사이징 수용액 이송펌프 114: 사이징 수용액
115: 사이징 수용액 순환 롤 116: 사이징 디핑 롤
117: 사이징 수용액 순환 라인 118: 롤
119: 닙 롤 120: 요철롤
123: 가이드 봉 130: 열풍 건조기
140: 히팅 롤러 150: 와인더
200: 초기 탄소섬유 210: 자유 낙하 후 탄소섬유
220: 드레이프 길이100: carbon fiber after surface treatment 110: sizing aqueous solution impregnator
111: sizing aqueous solution supply line 112: sizing aqueous solution supply device
113: sizing aqueous solution transfer pump 114: sizing aqueous solution
115: sizing aqueous circulation roll 116: sizing dipping roll
117: sizing aqueous circulation line 118: roll
119: nip roll 120: uneven roll
123: guide rod 130: hot air dryer
140: Heating roller 150: Winder
200: initial carbon fiber 210: carbon fiber after free fall
220: Drape length

Claims (9)

탄소섬유 다발에 사용되는 사이징제에 있어서, 상기 사이징제는 수지 및 그에 대한 첨가물로 이루어져 있으며, 상기 수지는 에폭시기를 2 개 이상 포함하거나 고분자량의 에폭시와 폴리에스테르를 혼합한 화합물인 에폭시계 수지를 포함하고, 상기 첨가물은 에폭시계 에틸렌옥사이드인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 다발.A sizing agent for use in a carbon fiber bundle, wherein the sizing agent comprises a resin and an additive, wherein the resin is an epoxy resin which is a compound containing two or more epoxy groups or a mixture of a high molecular weight epoxy and a polyester Wherein the additive is an epoxy-based ethylene oxide. 제 1 항에 있어서, 상기 에폭시계 수지의 점도는 25 ℃ 에서 6 ~ 8 x 106 cP, 100 ℃에서 800 ~ 3000 cP 이며, Tan δ 값이 100 ℃에서 2.5 ~ 5.3 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 다발.The epoxy resin composition according to claim 1, wherein the epoxy resin has a viscosity of 6 to 8 x 10 6 cP at 25 ° C, 800 to 3000 cP at 100 ° C, and a Tanδ value of 2.5 to 5.3 at 100 ° C. bunch. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 첨가물은 상기 에폭시계 수지에 대하여 10 내지 30 질량% 미만 첨가 하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 다발.The carbon fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein the additive is added in an amount of 10 to 30 mass% or less based on the epoxy resin. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 탄소섬유 다발은 열풍 건조기를 통과하는 1차 건조; 및 히팅 롤러를 통과하는 2차 건조; 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 다발.The method according to claim 1 or 2, wherein the carbon fiber bundle is subjected to primary drying through a hot air dryer; And secondary drying through the heating roller; Carbon fiber bundle. 제4항에 있어서, 상기 열풍 건조기의 온도는 90 ℃ 이상 120 ℃ 이하에서 30 초~180 초 이내에 건조하고, 상기 히팅 롤러의 온도는 150 ℃ 이상 200 ℃ 이하에서 10 초~180 초 이내에 건조하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 다발.5. The method according to claim 4, wherein the temperature of the hot air dryer is in a range of from 90 ° C to 120 ° C within 30 seconds to 180 seconds and the temperature of the heating roller is within a range of from 150 ° C to 200 ° C within 10 seconds to 180 seconds Carbon fiber bundle that features. 사이징제가 부여된 탄소섬유 다발의 제조방법에 있어서, 상기 사이징제는 에폭시기를 2 개이상 포함하거나, 고분자량의 에폭시와 폴리에스터를 혼합한 화합물인 에폭시계 수지를 포함하고, 에폭시계 에틸렌옥사이드를 부가 첨가하여 사이징제 혼합물을 얻고, 여기에 탄소섬유를 함침시킨 다음; 1차 열풍건조기로 건조; 시키고 2차 히팅 롤러로 건조; 시킴을 특징으로 하는 집속성 및 개섬성을 향상시킨 탄소섬유 다발의 제조방법.In the method for producing a carbon fiber bundle to which a sizing agent is imparted, the sizing agent includes an epoxy resin which is a compound containing two or more epoxy groups or a mixture of a high molecular weight epoxy and a polyester, To obtain a sizing agent mixture, followed by impregnation with carbon fiber; Dried with a primary hot air dryer; And dried with a secondary heating roller; Wherein the method comprises the steps of: preparing a carbon fiber bundle; 제6항에 있어서, 상기 사이징제는 상기 에폭시게 수지의 점도가 25 ℃ 에서 6 ~ 8 x 106 cP, 100 ℃에서 800 ~ 3000 cP 이며, Tan δ 값이 100 ℃에서 2.5 ~ 5.3 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 다발의 제조방법.The sizing agent according to claim 6, wherein the sizing agent has a viscosity of 6 to 8 x 10 6 cP at 25 ° C, 800 to 3000 cP at 100 ° C, and a Tanδ value of 2.5 to 5.3 at 100 ° C By weight of the carbon fiber bundle. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 첨가물은 상기 에폭시계 수지에 대하여 30 질량% 미만 첨가 하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 다발의 제조방법.The method for producing a carbon fiber bundle according to claim 6 or 7, wherein the additive is added in an amount of less than 30% by mass based on the epoxy resin. 제6항에 있어서, 상기 열풍 건조기의 온도는 90 ℃ 이상 120 ℃ 이하에서 30 초~180 초 이내에 건조하고, 상기 히팅 롤러의 온도는 150 ℃ 이상 200 ℃ 이하에서 10 초~180 초 이내에 건조하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 다발의 제조방법.The method of claim 6, wherein the temperature of the hot air dryer is in a range of from 90 ° C. to 120 ° C. within 30 seconds to 180 seconds, and the temperature of the heating roller is within a range of from 150 ° C. to 200 ° C. within 10 seconds to 180 seconds Wherein the carbon fiber bundle is produced by a method comprising the steps of:
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