KR20180087924A - Method of preparing carbon fiber having an excellent dimensional stability and carbon fiber by the same - Google Patents
Method of preparing carbon fiber having an excellent dimensional stability and carbon fiber by the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180087924A KR20180087924A KR1020170012200A KR20170012200A KR20180087924A KR 20180087924 A KR20180087924 A KR 20180087924A KR 1020170012200 A KR1020170012200 A KR 1020170012200A KR 20170012200 A KR20170012200 A KR 20170012200A KR 20180087924 A KR20180087924 A KR 20180087924A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon fiber
- fiber bundle
- sizing agent
- coated
- sizing
- Prior art date
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 153
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 153
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 137
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims abstract description 77
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 64
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims description 97
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 74
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 26
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 15
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 15
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 6
- 150000004982 aromatic amines Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 5
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 4
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 101100493711 Caenorhabditis elegans bath-41 gene Proteins 0.000 description 7
- 101100493712 Caenorhabditis elegans bath-42 gene Proteins 0.000 description 7
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 5
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 5
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 3
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 3
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 3
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- AHDSRXYHVZECER-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-tris[(dimethylamino)methyl]phenol Chemical compound CN(C)CC1=CC(CN(C)C)=C(O)C(CN(C)C)=C1 AHDSRXYHVZECER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FUIQBJHUESBZNU-UHFFFAOYSA-N 2-[(dimethylazaniumyl)methyl]phenolate Chemical compound CN(C)CC1=CC=CC=C1O FUIQBJHUESBZNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 2-methylphenol;3-methylphenol;4-methylphenol Chemical compound CC1=CC=C(O)C=C1.CC1=CC=CC(O)=C1.CC1=CC=CC=C1O QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LJGHYPLBDBRCRZ-UHFFFAOYSA-N 3-(3-aminophenyl)sulfonylaniline Chemical compound NC1=CC=CC(S(=O)(=O)C=2C=C(N)C=CC=2)=C1 LJGHYPLBDBRCRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100493710 Caenorhabditis elegans bath-40 gene Proteins 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MQJKPEGWNLWLTK-UHFFFAOYSA-N Dapsone Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1S(=O)(=O)C1=CC=C(N)C=C1 MQJKPEGWNLWLTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N Methyl acrylate Chemical compound COC(=O)C=C BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009960 carding Methods 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 229930003836 cresol Natural products 0.000 description 2
- ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N diphenyl Chemical group C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 2
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- -1 methyl acrylate) Chemical compound 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000005056 polyisocyanate Substances 0.000 description 2
- 229920001228 polyisocyanate Polymers 0.000 description 2
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- OBETXYAYXDNJHR-SSDOTTSWSA-M (2r)-2-ethylhexanoate Chemical class CCCC[C@@H](CC)C([O-])=O OBETXYAYXDNJHR-SSDOTTSWSA-M 0.000 description 1
- KGSFMPRFQVLGTJ-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-triphenylethylbenzene Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(C=1C=CC=CC=1)(C=1C=CC=CC=1)CC1=CC=CC=C1 KGSFMPRFQVLGTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 1755-01-7 Chemical compound C1[C@H]2[C@@H]3CC=C[C@@H]3[C@@H]1C=C2 HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 0.000 description 1
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1h-imidazole Chemical compound FC1=CC=CC(C=2NC=CN=2)=C1 JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UZDBWHMHPZZCNE-UHFFFAOYSA-N 2-benzyl-n,n-dimethylaniline Chemical compound CN(C)C1=CC=CC=C1CC1=CC=CC=C1 UZDBWHMHPZZCNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJENIOQDYXRGLF-UHFFFAOYSA-N 4-[(4-amino-3-ethyl-5-methylphenyl)methyl]-2-ethyl-6-methylaniline Chemical compound CC1=C(N)C(CC)=CC(CC=2C=C(CC)C(N)=C(C)C=2)=C1 QJENIOQDYXRGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZTROCYBPMKGAW-UHFFFAOYSA-N 4-[[4-amino-3,5-di(propan-2-yl)phenyl]methyl]-2,6-di(propan-2-yl)aniline Chemical compound CC(C)C1=C(N)C(C(C)C)=CC(CC=2C=C(C(N)=C(C(C)C)C=2)C(C)C)=C1 KZTROCYBPMKGAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930185605 Bisphenol Natural products 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005057 Hexamethylene diisocyanate Substances 0.000 description 1
- 239000005058 Isophorone diisocyanate Substances 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005907 alkyl ester group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 150000003868 ammonium compounds Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010290 biphenyl Nutrition 0.000 description 1
- 239000004305 biphenyl Substances 0.000 description 1
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004841 bisphenol A epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000004842 bisphenol F epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- HNEGQIOMVPPMNR-IHWYPQMZSA-N citraconic acid Chemical compound OC(=O)C(/C)=C\C(O)=O HNEGQIOMVPPMNR-IHWYPQMZSA-N 0.000 description 1
- 229940018557 citraconic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- LDHQCZJRKDOVOX-NSCUHMNNSA-N crotonic acid Chemical compound C\C=C\C(O)=O LDHQCZJRKDOVOX-NSCUHMNNSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- ZZTCPWRAHWXWCH-UHFFFAOYSA-N diphenylmethanediamine Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(N)(N)C1=CC=CC=C1 ZZTCPWRAHWXWCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000001891 gel spinning Methods 0.000 description 1
- RRAMGCGOFNQTLD-UHFFFAOYSA-N hexamethylene diisocyanate Chemical compound O=C=NCCCCCCN=C=O RRAMGCGOFNQTLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 229910001867 inorganic solvent Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003049 inorganic solvent Substances 0.000 description 1
- KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N isobutyric acid Chemical compound CC(C)C(O)=O KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIMLQBUJDJZYEJ-UHFFFAOYSA-N isophorone diisocyanate Chemical compound CC1(C)CC(N=C=O)CC(C)(CN=C=O)C1 NIMLQBUJDJZYEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N methylenebutanedioic acid Natural products OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- VAUOPRZOGIRSMI-UHFFFAOYSA-N n-(oxiran-2-ylmethyl)aniline Chemical compound C1OC1CNC1=CC=CC=C1 VAUOPRZOGIRSMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004843 novolac epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LDHQCZJRKDOVOX-UHFFFAOYSA-N trans-crotonic acid Natural products CC=CC(O)=O LDHQCZJRKDOVOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AAAQKTZKLRYKHR-UHFFFAOYSA-N triphenylmethane Chemical compound C1=CC=CC=C1C(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 AAAQKTZKLRYKHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 238000002166 wet spinning Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
- D01F9/21—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F9/22—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
- C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
- C08G59/40—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
- C08G59/50—Amines
- C08G59/5033—Amines aromatic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
- C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
- C08J5/241—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
- C08J5/243—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F11/00—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
- D01F11/10—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
- D01F11/14—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon with organic compounds, e.g. macromolecular compounds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/32—Apparatus therefor
Abstract
Description
본 발명은 형태 안정성이 우수한 탄소섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소섬유 표면을 1차적으로 2개 이상의 에폭시 관능기를 갖는 에폭시 화합물로 코팅하여 탄소섬유를 집속시키고, 2차적으로 분자량이 큰 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물로 코팅함으로써, 프리프레그 공정에서 탄소섬유 다발의 주행상태가 양호하고, 권취된 탄소섬유의 사폭이 변형되지 않아 사꼬임이 없는 탄소섬유를 제조할 수 있는 탄소섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소섬유에 관한 것이다. The present invention relates to a method of producing carbon fiber having excellent shape stability and a carbon fiber produced by the method. More particularly, the present invention relates to a carbon fiber produced by coating a surface of a carbon fiber with an epoxy compound having two or more epoxy functional groups, And then coated with a modified epoxy compound having at least two urethane-denatured functional groups having a large molecular weight, the running state of the carbon fiber bundle in the prepreg step is favorable, the warp of the wound carbon fiber is not deformed, To a carbon fiber produced by the method and a carbon fiber produced by the method.
아크릴로니트릴(acrylonitrile, PAN)계 중합체로부터 제조되는 탄소섬유는 강도가 매우 우수하여, 탄소섬유의 원료로서 많이 사용되고 있다. 최근에는 전체 탄소섬유의 90%이상이 PAN계 탄소섬유이다. 주지된 바와 같이, 탄소섬유를 제조하는 방법으로 원료 섬유에 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile) 등의 전구체 섬유(프리커서)를 산화 분위기에서 200~310℃로 내염화 처리하여 내염화 섬유를 수득한 후 이를 불활성기체 분위기에서 350~2000℃로 탄화 처리하여 탄소섬유를 얻는 방법이 보편화되어 있다.Carbon fibers produced from acrylonitrile (PAN) polymers are very strong and widely used as raw materials for carbon fibers. More recently, more than 90% of the total carbon fibers are PAN-based carbon fibers. As is well known, as a method of producing carbon fibers, precursor fibers (precursors) such as polyacrylonitrile are subjected to chlorination treatment at 200 to 310 占 폚 in an oxidizing atmosphere to obtain raw chlorinated fibers And then carbonizing the carbon fiber at 350 to 2000 ° C in an inert gas atmosphere to obtain carbon fibers.
탄소섬유는 이를 이용한 복합 재료 예컨대, 탄소섬유 복합재료(CFRP) 등의 공업적인 용도가 넓어지면서 스포츠(sports)/레저(leisure) 분야, 항공 우주 분야, 자동차 분야, 제2 전지 분야, 탄소필름 분야 등에서 고성능화(고강도화,고탄성화), 경량화(섬유경량화 및 섬유 함유량 감소), 합성물의 물성 향상(탄소섬유 표면/계면 특성의 향상)에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. Carbon fiber has been widely used in the fields of sports / leisure, aerospace, automobile, secondary battery, carbon film, and the like as the industrial use of composite materials such as carbon fiber composite material (CFRP) Researches and developments have been actively conducted on high performance (high strength and high elasticity), light weight (reduction of fiber weight and fiber content) and improvement of physical properties of composites (improvement of carbon fiber surface / interfacial characteristics).
한편, 프리프레그란 수지와 탄소섬유를 미리 일정한 비율로 함침시켜 놓은 시트 형태의 탄소섬유복합소재용 중간재를 말한다. 프리프레그를 사용하면 수지와 탄소섬유비율을 정밀하게 조절할 수 있으며, 직접성형법을 적용하는 것보다 성형물의 섬유 체적비를 높일 수 있어 신뢰성이 높은 고품질 복합재 부품을 만들 수 있다. 또한 시트 형태의 프리프레그를 필요한 부분에 원하는 섬유 방향으로 원하는 만큼 재단하여 사용할 수 있다는 장점도 있다. 최근 산업용 내열 프리프레그, 자동차용 고강도 프리프레그, CNT가 첨가된 기능성 프리프레그 등의 개발이 완료되어 상업적 생산 중에 있으며, 일방향 탄소섬유 프리프레그와 직물형 탄소섬유 프리프레그가 생산되고 있다. On the other hand, prepreg refers to a sheet-shaped intermediate material for a carbon fiber composite material impregnated with a resin and carbon fibers at a predetermined ratio in advance. The use of prepreg can precisely control the ratio of resin and carbon fiber, and can increase the fiber volume ratio of the molded product rather than applying the direct molding method, so that high-quality composite parts with high reliability can be produced. Further, there is also an advantage that a sheet-like prepreg can be cut and used as needed in the desired fiber direction. Recently, industrial heat resistant prepregs, high strength prepregs for automobiles, and functional prepregs with CNTs have been developed and are in commercial production. Unidirectional carbon fiber prepregs and woven carbon fiber prepregs are being produced.
일방향 탄소섬유 프리프레그 제조를 위한 탄소섬유에 있어서, 사이징(sizing)제를 탄소섬유 다발 중량에 대하여 0.1 내지 0.5wt% 부착시키고, 탄소섬유 두께에 대한 다발의 폭이 15 내지 322인 탄소섬유 다발이 일본공개특허 제2003-003376호에 제안되었다. 상기 문헌에서 사이징제는 에폭시기를 함유하고 있지 않고, 개섬성이 우수하지만, 에폭시 수지를 매트릭스로 한 복합재료의 복합 특성에 있어서, 접착성이 떨어지는 문제가 있다. 또한 탄소섬유에 부착하는 사이징제의 부착량이 적고, 섬유의 필라멘트수가 큰 라지토우 탄소섬유에는 사이징제 부착량의 불균일이 발생하기 쉽고, 사이징제의 부착이 적은 부분은 마찰계수가 높아져 결과적으로 충분한 개섬성을 얻을 수 없다는 문제점도 있다. 이로 인해 저중량 프리프레그 제조시 사 꼬임에 의한 요철 발생, 개섬 불량에 의한 틈 발생으로 인하여 프리프레그의 품질이 저하된다.A carbon fiber for producing a unidirectional carbon fiber prepreg, wherein a sizing agent is attached in an amount of 0.1 to 0.5 wt% based on the weight of the carbon fiber bundle, and a bundle of carbon fibers having a bundle width of 15 to 322 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-003376. In the above document, the sizing agent does not contain an epoxy group and has excellent openability, but there is a problem that adhesiveness is poor in a composite property of a composite material comprising an epoxy resin as a matrix. In addition, the amount of the sizing agent adhered to the carbon fibers is small and the size of the sizing agent is likely to be uneven in the Rajit carbon fibers having a large number of filaments of the fibers. In the portion where the sizing agent is small, the coefficient of friction is high, There is a problem that it can not be obtained. As a result, the quality of the prepreg is deteriorated due to unevenness caused by yarn twisting during manufacture of a low-weight prepreg, and occurrence of gaps due to poor carding.
본 발명의 목적은 프리프레그 공정 중 탄소섬유의 가이드 통과시 사폭 변형, 꼬임 등에 의한 품질불량을 개선할 수 있는 탄소섬유의 제조방법을 제공하는데 있다. It is an object of the present invention to provide a method for producing carbon fibers which can improve defects in quality due to warping, twisting and the like when the carbon fiber passes through the guide during the prepreg process.
본 발명의 다른 목적은 상기 탄소섬유 제조방법에 의해 제조되어 개섬기 입구에서의 사폭 변동 및 사 꼬임이 현저히 감소하여 우수한 품질의 저중량 프리프레그를 제조할 수 있는 탄소섬유를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a carbon fiber which is produced by the above-mentioned method for producing a carbon fiber and which is capable of producing a low-weight, low-weight prepreg of excellent quality by significantly reducing warpage and yarn twist at the opening of the can opener.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은According to one aspect of the present invention for achieving the above object,
폴리아크릴로니트릴 중합체를 포함하는 전구체 섬유 다발에 내염화 공정, 예비 탄소화 공정 및 탄소화 공정을 실시하여, 탄소섬유 다발을 얻는 단계; 상기 탄소섬유 다발을 2개 이상의 에폭시 관능기를 갖는 에폭시 화합물을 포함하는 제1 사이징제가 수분산된 제1 사이징 욕조에 함침시켜 탄소섬유 표면에 상기 제1 사이징제를 코팅하는 단계; 및Subjecting a precursor fiber bundle containing a polyacrylonitrile polymer to a chlorination process, a preliminary carbonization process, and a carbonization process to obtain a carbon fiber bundle; Impregnating the carbon fiber bundle with a first sizing bath in which a first sizing agent containing an epoxy compound having at least two epoxy functional groups is dispersed in water to coat the first sizing agent on the surface of the carbon fiber; And
상기 에폭시 화합물이 코팅된 탄소섬유 다발을 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물을 포함하는 제2 사이징제가 수분산된 제2 사이징 욕조를 통과시켜 주행하는 탄소섬유의 양 표면에 상기 제2 사이징제를 코팅하는 단계를 포함하는 프리프레그용 탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다. The carbon fiber bundle coated with the epoxy compound is passed through a second sizing bath in which a second sizing agent containing a modified epoxy compound having two or more urethane-modified functional groups is dispersed in water, And coating a sizing agent on the carbon fiber.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은According to another aspect of the present invention for achieving the above object,
탄소섬유 다발에 사이징제가 도포된 사이징제 도포 탄소섬유 다발로서, 상기 탄소섬유 다발의 표면에 2개 이상의 에폭시 관능기를 갖는 에폭시 화합물을 포함하는 제1 사이징제가 코팅되고, 상기 제1 사이징제가 도포된 탄소섬유 다발의 표면에 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물을 포함하는 제2 사이징제가 코팅된 사이징제 도포 탄소섬유 다발에 관한 것이다. A sizing agent-coated carbon fiber bundle coated with a sizing agent on a carbon fiber bundle, wherein a first sizing agent comprising an epoxy compound having at least two epoxy functional groups is coated on the surface of the carbon fiber bundle, To a sizing agent-coated carbon fiber bundle coated with a second sizing agent comprising a modified epoxy compound having two or more urethane-modified functional groups on the surface of a fiber bundle.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은According to another aspect of the present invention for achieving the above object,
상기 사이징제 도포 탄소섬유 다발, 및 에폭시 화합물과 방향족 아민 경화제를 함유하는 열경화성 수지를 포함하는 프리프레그에 관한 것이다. A thermoplastic resin containing the sizing agent-coated carbon fiber bundle, and a thermosetting resin containing an epoxy compound and an aromatic amine curing agent.
본 발명에 의해 제조된 탄소섬유는 하드(hard)한 사이징제가 탄소섬유 표면에 코팅되어 프리프레그 공정에서 탄소섬유 다발의 주행상태가 양호하고, 권취된 탄소섬유의 사폭이 변형되지 않아 사꼬임이 없다. 또한 개섬기 입구에서 가열에 의하여 탄소섬유 표면의 우레탄 변성 에폭시가 반고상 상태로 변하여 개섬공정의 공정성이 개선되어 틈과 요철이 없는 우수한 품질의 탄소섬유 프리프레그를 제조할 수 있다.In the carbon fiber produced by the present invention, a hard sizing agent is coated on the surface of the carbon fiber so that the running state of the carbon fiber bundle in the prepreg process is good, and the warp of the wound carbon fiber is not deformed, . In addition, the urethane-modified epoxy on the surface of the carbon fiber is changed to a semi-solid state by heating at the opening of the can opener, and the processability of the carding process is improved, so that a carbon fiber prepreg of excellent quality without cracks and unevenness can be manufactured.
도 1은 본 발명에 의한 제1 사이징 욕조를 통과하는 탄소섬유 다발 표면에 2개 이상의 에폭시 관능기를 갖는 에폭시 화합물을 포함하는 제1 사이징제를 부여하는 공정을 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 제2 사이징 욕조를 통과하는 탄소섬유 다발 표면에 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물을 포함하는 제2 사이징제를 부여하는 공정을 보여주는 개략도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a step of providing a first sizing agent containing an epoxy compound having two or more epoxy functional groups on a surface of a bundle of carbon fibers passing through a first sizing bath according to the present invention. FIG.
2 is a schematic view showing a step of providing a second sizing agent containing a modified epoxy compound having two or more urethane-modified functional groups on the surface of the carbon fiber bundle passing through the second sizing bath according to the present invention.
본 발명에 의하면 2개 이상의 관능기를 갖는 에폭시 화합물로 1차적으로 탄소섬유 표면을 코팅하여 탄소섬유를 집속시킨 후 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물로 2차적으로 탄소섬유 표면을 코팅하여 형태안정성이 우수하며, 복합재료의 계면 물성이 향상된 프리프레그 제조용 탄소섬유를 제조한다. According to the present invention, a surface of a carbon fiber is first coated with an epoxy compound having two or more functional groups to concentrate the carbon fibers, and then the surface of the carbon fiber is coated with a modified epoxy compound having two or more urethane-modified functional groups A carbon fiber for preparing a prepreg having excellent shape stability and improved interfacial properties of a composite material is produced.
이하, 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여, 본 발명에 의해 제조되는 탄소섬유의 제조방법을 설명한다. 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. 본원에서 '하부' 및 '상부'이라는 용어의 사용은 중력 방향에 대한 방향을 기준으로 한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and examples, a method for producing carbon fibers produced by the present invention will be described. Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. The use of the terms " lower " and " upper " herein is based on the direction of the gravitational direction.
폴리아크릴로니트릴 중합체를 포함하는 전구체 섬유를 준비하고, 해당 전구체 섬유에, 내염화 공정, 예비 탄소화 공정 및 탄소화 공정을 실시함으로써, 탄소섬유 다발을 얻는다.A precursor fiber comprising a polyacrylonitrile polymer is prepared and subjected to a chlorination process, a preliminary carbonization process, and a carbonization process on the precursor fiber to obtain a carbon fiber bundle.
이 때, 탄소섬유 전구체 섬유는 아크릴로니트릴계 중합체로부터 얻어지며, 상기 탄소섬유 전구체의 특성은 기본적으로 아크릴로니트릴계 중합체의 조성에 따라 달라진다. 본 발명에 사용되는 아크릴로니트릴계 중합체의 주성분은 아크릴로니트릴 단위로서, 상기 아크릴로니트릴 단위의 함량은 전체 아크릴로니트릴계 중합체에 대하여, 바람직하게는 90중량% 이상, 더욱 바람직하게는 95중량% 이상, 예를 들면, 95 내지 99중량%이다. 여기서, 상기 아크릴로니트릴 단위의 함량이 너무 적으면, 소성 공정으로 얻어지는 탄소섬유의 강도가 저하되는 등, 탄소섬유의 기계적 특성이 저하될 우려가 있다.At this time, the carbon fiber precursor fibers are obtained from the acrylonitrile-based polymer, and the properties of the carbon fiber precursor basically vary depending on the composition of the acrylonitrile-based polymer. The main component of the acrylonitrile-based polymer used in the present invention is an acrylonitrile unit, and the content of the acrylonitrile unit is preferably 90% by weight or more, more preferably 95% by weight or more based on the total acrylonitrile- %, For example, 95 to 99 wt%. Here, if the content of the acrylonitrile unit is too small, the strength of the carbon fiber obtained by the firing process is lowered, and the mechanical properties of the carbon fiber may be deteriorated.
상기 아크릴로니트릴계 중합체는, 필요에 따라, 하나 이상의 공중합 성분(아크릴로니트릴 이외의 다른 보조 성분)을 포함할 수 있으며, 그 함량은 전체 아크릴로니트릴계 중합체에 대하여, 바람직하게는 10중량% 미만, 더욱 바람직하게는 5중량% 미만, 예를 들면, 1 내지 5중량%이다. 상기 공중합 성분으로는, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 시트라콘산, 말레인산, 이들의 알킬에스테르(메틸아크릴레이트 등), 디아민 화합물, 트리아민 화합물 등을 예시할 수 있다.The acrylonitrile-based polymer may contain, if necessary, one or more copolymerizable components (auxiliary components other than acrylonitrile), and the content thereof is preferably 10% by weight or more, , More preferably less than 5 wt%, for example, 1 to 5 wt%. Examples of the copolymerization component include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, maleic acid, alkyl esters (such as methyl acrylate), diamine compounds and triamine compounds.
이러한 아크릴로니트릴계 중합체로부터 탄소섬유 전구체를 제조하기 위하여, 상기 아크릴로니트릴계 중합체를 유기용매에 용해시켜 도프 원액을 제조하고, 상기 도프 원액을 방사하고, 상기 도프 원액을 방사하여 형성된 응고섬유를 수세, 연신, 건조, 유제 및 권취 단계를 거치게 된다. 일반적으로 탄소섬유 전구체 섬유 제조 공정은 습식 및 건습식 방사 공정으로 크게 구분되며, 상기 도프 용액을 제조하기 위한 용매로는, 디메틸설폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸 아세테이트(dimethyl acetate), 염화아연 수용액, 질산, 등 아크릴로니트릴 중합체를 용해시킬 수 있는 통상의 유기용매 및 무기용매를 사용할 수 있고, 상기 용매의 사용량은, 통상 아크릴로니트릴계 중합체 100중량부에 대하여 10 내지 30중량부이다. 여기서, 상기 유기용매의 사용량이 너무 적거나 많으면, 중합체의 방사가 곤란하거나, 보이드의 제거가 비효율적으로 수행될 우려가 있다.In order to prepare a carbon fiber precursor from such an acrylonitrile-based polymer, the acrylonitrile-based polymer is dissolved in an organic solvent to prepare a dope stock solution, the dope stock solution is spun, the coagulated fiber formed by spinning the dope stock solution Washing, stretching, drying, emulsion and winding steps. Generally, the process for producing carbon fiber precursor fibers is roughly classified into wet and dry wet spinning processes. Examples of the solvent for preparing the dope solution include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethyl acetate, zinc chloride An organic solvent and an inorganic solvent capable of dissolving an acrylonitrile polymer such as an aqueous solution, nitric acid, and the like can be used. The amount of the solvent to be used is usually 10 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the acrylonitrile-based polymer. Here, if the amount of the organic solvent used is too small or too large, it may be difficult to spin the polymer, or void removal may be performed inefficiently.
응고욕의 비용매로는 중합체 용액의 유기용매와는 잘 호환되지만 중합체를 용해시키지 않아 중합체를 고화시킬 수 있는 용매를 제한없이 사용할 수 있다. 상기 비용매로는 물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 물과 유기 용매의 혼합물을 사용할 수 있으며, 필요에 따라 3성분 이상의 용액이 사용될 수도 있다. 상기 비용매에 유기 용매가 사용될 경우 그 함량은 약 35 내지 85중량%로 균일하게 유지하는 것이 바람직하다. 상기 응고욕의 비용매의 온도는 예를 들면, 5 내지 85℃ 범위로 조절할 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 33℃ 범위로 조절할 수 있다. 온도 설정이 상기 범위를 벗어나면, 중합체 용액의 방사가 원활히 이루어지지 않아 방사 공정의 효율성이 저하되고, 비경제적으로 작동한다.As a non-solvent for the coagulation bath, a solvent compatible with the organic solvent of the polymer solution but capable of solidifying the polymer without dissolving the polymer can be used without limitation. The non-solvent may be water, preferably a mixture of water and an organic solvent, and if necessary, a solution of three or more components may be used. When an organic solvent is used for the non-solvent, it is preferable that the content thereof is uniformly maintained at about 35 to 85% by weight. The temperature of the non-solvent of the coagulating bath can be adjusted, for example, in the range of 5 to 85 ° C, preferably in the range of 30 to 33 ° C. If the temperature setting is out of the above range, the spinning of the polymer solution is not performed smoothly, the efficiency of the spinning process is lowered and the operation is uneconomical.
응고욕을 통과한 응고섬유는 수세욕을 통과하여 수세된다. 또한, 방사된 응고섬유에 압축을 가하기 위하여, 압축 롤러(Squeezing Roller)가 사용될 수 있으며, 상기 압축 롤러의 압력은 통상 1 내지 5kgf/㎠이며, 바람직하게는 2내지 3kgf/㎠이다. 응고섬유를 수세, 연신 건조하는 공정이 완료되면, 유제가 부여되는데, 아미노 변성 실리콘 유제, 미립자, 암모늄 화합물 등을 포함하는 유제의 0.01 내지 5.0 중량% 수용액으로 처리된 뒤, 필요에 따라, 스팀 등의 고온 열매 중에서 다시 연신되어, 탄소섬유용 전구체 섬유로 제조될 수 있다. 제조된 전구체 섬유의 전체 연신 배율은 통상 7 내지 35배이고, 단섬유 섬도는 0.5 내지 2.0 dtex이다. 방사된 탄소섬유 전구체를, 통상의 방법에 따라, 산소분위기 및 200 내지 310℃에서 내염화 처리하고, 불활성분위기에서 350 내지 2000℃에서 탄화처리함으로써, 균일한 물성을 가지며, 탄소섬유를 제조할 수 있다. The coagulated fiber that has passed through the coagulation bath is washed with water through a washing bath. Further, a squeezing roller can be used to compress the spun solidified fibers, and the pressure of the compression roller is usually 1 to 5 kgf / cm2, preferably 2 to 3 kgf / cm2. When the step of washing and stretching and drying the coagulated fiber is completed, an emulsion is provided. After the emulsion is treated with an aqueous solution containing 0.01 to 5.0% by weight of an emulsion containing an amino-modified silicone emulsion, fine particles and an ammonium compound, Lt; RTI ID = 0.0 > high-temperature < / RTI > The total draw ratio of the prepared precursor fibers is generally 7 to 35 times, and the single fiber fineness is 0.5 to 2.0 dtex. The spun carbon fiber precursor is subjected to a chlorination treatment in an oxygen atmosphere and at a temperature of 200 to 310 占 폚 in an ordinary atmosphere and then carbonized at 350 to 2000 占 폚 in an inert atmosphere to obtain a carbon fiber having uniform physical properties have.
본 발명에 의한 탄소섬유 다발은, 제조된 탄소섬유의 단섬유가 묶여서 섬유 다발이 된 것이다. 그 단섬유의 개수는, 3000 내지 43500개가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10000 내지 20000개이다. 본 발명에 의한 사이징제 도포 탄소섬유 다발의 총 섬도는 310 내지 3000tex인 것이 바람직하다. 또한, 탄소섬유의 필라멘트 수는 바람직하게는 10000 내지 30000개이다.In the carbon fiber bundle according to the present invention, the produced carbon fiber short fibers are bundled into a bundle of fibers. The number of the staple fibers is preferably 3000 to 43500, more preferably 10000 to 20,000. The total fineness of the sizing agent-coated carbon fiber bundle according to the present invention is preferably 310 to 3000 tex. The number of filaments of the carbon fiber is preferably 10,000 to 30,000.
이하, 탄소섬유 다발에 2개 이상의 관능기를 갖는 에폭시 화합물 및 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물을 포함하는 사이징제를 부여하는 공정을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a step of providing a sizing agent containing an epoxy compound having two or more functional groups in a carbon fiber bundle and a modified epoxy compound having two or more urethane-modified functional groups will be described.
도 1은 본 발명에 의한 제1 사이징 욕조를 통과하는 탄소섬유 다발 표면에 2개 이상의 에폭시 관능기를 갖는 에폭시 화합물을 포함하는 제1 사이징제를 부여하는 공정을 보여주는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 의한 제2 사이징 욕조를 통과하는 탄소섬유 다발 표면에 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물을 포함하는 제2 사이징제를 부여하는 공정을 보여주는 개략도이다. 1 is a schematic view showing a step of providing a first sizing agent containing an epoxy compound having two or more epoxy functional groups on the surface of a bundle of carbon fibers passing through a first sizing bath according to the present invention, And a second sizing agent comprising a modified epoxy compound having at least two urethane-modified functional groups on the surface of the carbon fiber bundle passing through the second sizing bath by the second sizing bath.
도 1 및 도 2를 참조하면, 탄화 처리된 탄소섬유 다발(20)을 집속하는 제1 턴-가이드(turn-guide)(30)를 통과한 탄소섬유 다발(20)이 2개 이상의 관능기를 갖는 에폭시 화합물이 수분산된(water-dispersed) 제1 사이징제(11)가 담겨있는 제1 사이징 욕조(10) 내에 함침된다. 제1 사이징 욕조(10) 내에는 제2 턴-가이드(31)가 설치되어 있어, 제1 턴-가이드(30)를 통과한 탄소섬유 다발(20)이 제2 턴-가이드(31)를 통과하면서 탄소섬유 다발(20) 표면에 에폭시 화합물이 코팅된다. 제1 사이징 욕조(10) 내의 제2 턴-가이드(31)를 통과한 탄소섬유 다발(20)은 제1 사이징 욕조(10) 후단에 설치된 제3 턴-가이드(32)를 통과하여 제2 사이징 욕조(40)를 향하여 주행한다. Referring to FIGS. 1 and 2, a
제2 사이징 욕조(40)는 탄소섬유 다발(20)의 주행 방향으로 일정한 간격으로 이격되어 위치되고, 탄소섬유 다발(20)을 중심으로 상호 대향하여 위치되는 하부 욕조(41) 및 상부 욕조(42)로 구성된다. 하부 욕조(41) 및 상부 욕조(42) 내에는 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물이 수분산되어 있는 제2 사이징제(43)가 정치되어 있다.The
하부 욕조(41)에서 탄소섬유 다발(20)의 일측 표면에 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물이 코팅되고, 상부 욕조(42)에서 탄소섬유 다발(20)의 타측 표면에 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물이 코팅된다. 구체적으로, 제4 턴-가이드(33)가 하부 욕조(41)에 설치되어 탄소섬유 다발(20)이 상기 제4 턴-가이드(33)를 통과할 때 탄소섬유 다발(20)의 일측 표면에 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물이 코팅된다. 이어서 탄소섬유 다발(20)은 하부 욕조(41)의 상부에 이격되어 위치되고, 탄소섬유 다발(20)을 중심으로 하부 욕조(41)와 대향하여 위치되는 상부 욕조(42)를 통과하는데, 제5 턴-가이드(34)가 상부 욕조(42)에 설치되어 탄소섬유 다발(20)이 상기 제5 턴-가이드(34)를 통과함으로써 탄소섬유 다발(20)의 타측 표면에 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물이 코팅된다. A modified epoxy compound having two or more urethane-denatured functional groups is coated on one surface of the
제4 턴-가이드(33)는 하부 욕조(41)에 일부만 잠겨있기 때문에 탄소섬유 다발(20)이 제4 턴-가이드(33)를 통과하면서 제4 턴-가이드(33)와 접촉할 때 제4 턴-가이드(33)의 표면에 도포되어 있는 제2 사이징제(43)가 탄소섬유 다발(20)의 일측 표면에 코팅되고, 이와 유사하게 제5 턴-가이드(34)는 상부 욕조(42)에 일부만 잠겨있기 때문에 탄소섬유 다발(20)이 제5 턴-가이드(34)를 통과하면서 제5 턴-가이드(34)와 접촉할 때 제5 턴-가이드(34)의 표면에 도포되어 있는 제2 사이징제(43)가 탄소섬유 다발(20)의 타측 표면에 코팅되는, 소위 키씽 타입(kissing type)으로 탄소섬유 양 표면에 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물이 코팅된다. Since the fourth turn-
상부 욕조(42)를 통과한 탄소섬유 다발(20)은 제6 턴-가이드(35)를 통과하여 제2 사이징 욕조(40) 후단에 설치된 건조기(미도시)에서 건조되어 최종적으로 사이징제가 도포된 탄소섬유 다발이 수득된다. 이 때, 건조 온도는 바람직하게는 110 내지 250℃, 더욱 바람직하게는 210℃ 이하에서 건조하는 것이 바람직하다. 건조 온도가 110℃ 미만이면 건조가 제대로 되지 않는 문제점이 있고, 250℃ 를 초과하면, 탄소섬유의 최표면에 존재하는 관능기의 열분해에 의해 소실되기 쉽기 때문에, 가능한 한 낮은 온도에서 건조하는 것이 바람직하다.The
또한, 탄소섬유 다발(20)은 제1 사이징 욕조(10)를 통과한 후 제2 사이징 욕조(10)를 통과하기 이전에 건조기(미도시)에서 건조될 수 있다. 건조 온도는 바람직하게는 110 내지 250℃, 더욱 바람직하게는 210℃ 이하에서 건조하는 것이 바람직하다. 건조 온도가 110℃ 미만이면 건조가 제대로 되지 않는 문제점이 있고, 250℃를 초과하면, 탄소섬유의 최표면에 존재하는 관능기의 열분해에 의해 소실되기 쉽기 때문에, 가능한 한 낮은 온도에서 건조하는 것이 바람직하다.In addition, the
본 발명에서 하부 욕조(41)와 상부 욕조(42) 사이의 수직길이는 10cm 내지 1000cm로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 수직길이를 10cm 미만으로 할 경우에는 하부 욕조(41)로부터 상부 욕조(42)까지의 길이가 너무 짧아 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물이 탄소섬유 다발(20)의 표면에 충분히 코팅되지 못한다. 수직길이가 1000cm를 초과할 경우에는 탄소섬유 다발(20)에 진동이 발생하여 탄소섬유 다발(20)의 장력(tension)이 불안정해져 고품질/고균일성의 탄소섬유를 발현하는 것이 불가능하게 된다.In the present invention, the vertical length between the
본 발명에서 분자 중에 2개 이상의 에폭시 관능기를 가지는 에폭시 화합물은 상온에서 반고상이며, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지 및 나프탈렌형 에폭시 수지로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the epoxy compound having two or more epoxy functional groups in the molecule is semi-solid at room temperature, and includes bisphenol A epoxy resin, bisphenol F epoxy resin, phenol novolac epoxy resin, cresol novolak epoxy resin, Epoxy resin, and naphthalene type epoxy resin, but is not limited thereto.
본 발명에서 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물은 상온에서 고상이며, 한 개 이상의 고리 구조를 갖는다. 상기 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물은 폴리에폭시 화합물과, 폴리히드록시 화합물 및 과잉의 폴리이소시아네이트 화합물로부터 얻어지는 이소시아네이트 함유량이 0.1~10질량%인 폴리우레탄을 반응시킴으로써 얻을 수 있다. 여기서, 사용되는 폴리이소시아네이트로서는, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 노르보르난디이소시아네이트 등을 들 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the modified epoxy compound having two or more urethane-modified functional groups is solid at room temperature and has at least one ring structure. The modified epoxy compound having two or more urethane-modified functional groups can be obtained by reacting a polyepoxy compound and a polyurethane having an isocyanate content of 0.1 to 10 mass% obtained from a polyhydroxy compound and an excess polyisocyanate compound. Examples of the polyisocyanate used herein include, but are not necessarily limited to, hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, norbornadiisocyanate, and the like.
또한, 제1 사이징제 및 제2 사이징제에는 2개 이상의 에폭시 관능기를 가지는 에폭시 화합물과 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물 이외에 탄소섬유와 사이징제의 접착성을 높이는 촉진제를 더 포함할 수 있다. 이에 의해, 사이징제 도포 탄소섬유 다발에 수렴성 또는 유연성을 부여함으로써, 취급성, 내찰과성 및 내보풀성을 높이고, 매트릭스 수지의 함침성을 향상시킬 수 있다. 또한, 사이징제의 안정성을 목적으로, 분산제 및 계면 활성제 등의 보조 성분을 더 포함할 수 있다.The first sizing agent and the second sizing agent further include an epoxy compound having two or more epoxy functional groups and an accelerator for enhancing the adhesion of the carbon fiber and the sizing agent in addition to the modified epoxy compound having two or more urethane- . Thus, convergence or flexibility is imparted to the sizing agent-coated carbon fiber bundle, whereby the handling property, the scratch resistance and the resistance to infiltration can be enhanced, and the impregnation property of the matrix resin can be improved. Further, for the purpose of stability of the sizing agent, an auxiliary component such as a dispersant and a surfactant may be further included.
제1 사이징제의 사이징 픽-업(sizing pick-up, SPU)은 0.3 내지 2.8wt%이며, 제2 사이징제의 SPU는 0.2 내지 2.7wt%이다. 제 1 사이징제의 사이징 픽-업이 0.3wt% 미만인 경우 공정 중 마찰에 의한 모우가 증가할 수 있으며, 제2 사이징제의 사이징 픽-업이 0.2wt% 미만인 경우 탄소섬유의 형태 안정성을 확보하기 어렵다.The sizing pick-up (SPU) of the first sizing agent is 0.3 to 2.8 wt%, and the SPU of the second sizing agent is 0.2 to 2.7 wt%. If the size sizing pick-up of the first sizing agent is less than 0.3 wt%, the thickness of the carbon fiber can be increased due to friction during the process. If the size sizing pick-up of the second sizing agent is less than 0.2 wt% it's difficult.
2개 이상의 에폭시 관능기를 가지는 에폭시 화합물은 탄소섬유 다발(20) 표면에 도포된 사이징제 전량에 대하여 40 내지 80 질량％ 포함되는 것이 바람직하다. 2개 이상의 에폭시 관능기를 가지는 에폭시 화합물이 40 질량％ 미만이면 접착성이 저하되고, 함유량이 80 질량％를 초과하면 얻어진 사이징제 도포 섬유를 사용해서 제작한 프리프레그의 장기 보관시 물성이 저하된다. The epoxy compound having two or more epoxy functional groups is preferably contained in an amount of 40 to 80 mass% with respect to the total amount of the sizing agent applied to the surface of the
본 발명에 의한 사이징제의 부여 방법에 의하면 탄소섬유 다발을 분자 중에 2개 이상의 에폭시 관능기를 가지는 에폭시 화합물이 수분산된 욕조에 함침시켜 탄소섬유 다발을 집속 및 공정 중 내 마찰성을 높이고, 순차적으로 고상의 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물이 수분산된 분산액을 키싱 타입으로 주행하는 탄소섬유 양 표면에 코팅하여 제조하여 탄소섬유 다발의 사폭의 형태 안정성이 매우 우수하다. According to the sizing agent imparting method of the present invention, the carbon fiber bundle is impregnated in a bath in which the epoxy compound having two or more epoxy functional groups in the molecule is dispersed in the molecule to increase the frictional resistance during focusing and processing, Of a modified epoxy compound having two or more urethane-modified functional groups is dispersed in water to form a coating on both surfaces of a carbon fiber running in a kissing type, and thus the morphology stability of the carbon fiber bundles is excellent.
이하, 본 발명에 의한 사이징제가 도포된 탄소섬유 다발을 이용하여 프리프레그를 제조하는 공정을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a process for producing a prepreg using a carbon fiber bundle coated with a sizing agent according to the present invention will be described.
본 발명의 프리프레그는 매트릭스 수지를, 본 발명에 의한 사이징제를 도포한 탄소섬유 다발에 함침시킨 것이다. 프리프레그는 예를 들어, 매트릭스 수지를 메틸에틸케톤이나 메탄올 등의 용매에 용해해서 저점도화하여 함침시키는 웨트법, 또는 가열에 의해 매트릭스 수지를 저점도화하여 함침시키는 핫 멜트법 등의 방법에 의해 제조할 수 있다.The prepreg of the present invention is a matrix resin impregnated with a carbon fiber bundle coated with a sizing agent according to the present invention. The prepreg can be produced, for example, by a wet method in which a matrix resin is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to effect impregnation with a low viscosity or by a hot melt method in which the matrix resin is impregnated with a low viscosity by heating can do.
웨트법에서는, 사이징제 도포 탄소섬유 다발을 매트릭스 수지가 포함되는 액체에 침지한 후, 꺼내어, 오븐 등을 사용해서 용매를 증발시켜서 프리프레그를 얻을 수 있다. 또한, 핫 멜트법에서는 가열에 의해 저점도화한 매트릭스 수지를 직접 사이징제 도포 탄소섬유 다발에 함침시키는 방법, 또는 일단 매트릭스 수지를 이형지 등 위에 코팅한 필름을 먼저 제작하고, 계속해서 사이징제 도포 탄소섬유 다발의 양측 또는 편측으로부터 해당 필름을 겹쳐서, 가열 가압하여 매트릭스 수지를 사이징제 도포 탄소섬유 다발에 함침시키는 방법에 의해, 프리프레그를 제조할 수 있다. 핫 멜트법은, 프리프레그 중에 잔류하는 용매가 없기 때문에 바람직한 수단이다.In the wet method, a prepreg can be obtained by immersing a sizing agent-coated carbon fiber bundle in a liquid containing a matrix resin, taking out the solution, and evaporating the solvent using an oven or the like. In the hot melt method, a method of directly impregnating a matrix resin that has been made into a low viscosity by heating with a sizing agent-coated carbon fiber bundle, or a method in which a film coated with a matrix resin on a release paper or the like is prepared first, The prepreg can be manufactured by a method in which the film is stacked on both sides or one side of the bundle and heated and pressed to impregnate the matrix resin with the sizing agent-coated carbon fiber bundle. The hot melt method is preferred because there is no solvent remaining in the prepreg.
본 발명의 프리프레그는, 본 발명의 사이징제 도포 탄소섬유 및 열경화성 수지를 포함하는 프리프레그이다. 해당 열경화성 수지는, 에폭시 화합물과 방향족 아민 경화제를 함유한다. The prepreg of the present invention is a prepreg comprising the sizing agent-coated carbon fiber and the thermosetting resin of the present invention. The thermosetting resin contains an epoxy compound and an aromatic amine curing agent.
프리프레그 제조시 사용되는 에폭시 화합물로서는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 비스페놀형 에폭시 화합물, 아민형 에폭시 화합물, 페놀노볼락형 에폭시 화합물, 크레졸노볼락형 에폭시 화합물, 레조르시놀형 에폭시 화합물, 글리시딜아닐린형 에폭시 화합물, 페놀아르알킬형 에폭시 화합물, 나프톨아르알킬형 에폭시 화합물, 디시클로펜타디엔형 에폭시 화합물, 비페닐 골격을 갖는 에폭시 화합물, 이소시아네이트 변성 에폭시 화합물, 테트라페닐에탄형 에폭시 화합물, 트리페닐메탄형 에폭시 화합물 등 중에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.The epoxy compound used in the preparation of the prepreg is not particularly limited and examples thereof include bisphenol type epoxy compounds, amine type epoxy compounds, phenol novolak type epoxy compounds, cresol novolak type epoxy compounds, resorcinol type epoxy compounds, glycidyl aniline Type epoxy compound, a phenol aralkyl type epoxy compound, a naphthol aralkyl type epoxy compound, a dicyclopentadiene type epoxy compound, an epoxy compound having a biphenyl skeleton, an isocyanate modified epoxy compound, a tetraphenylethane type epoxy compound, a triphenylmethane type Epoxy compounds and the like can be selected and used.
방향족 아민 경화제는, 에폭시 수지 경화제로서 사용되는 방향족 아민류라면 특별히 한정되는 것은 아니나, 구체적으로는, 3,3'-디아미노디페닐술폰(3,3'-DDS), 4,4'-디아미노디페닐술폰(4,4'-DDS), 디아미노디페닐메탄(DDM), 3,3'-디이소프로필-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디-t-부틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디에틸-5,5'-디메틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디이소프로필-5,5'-디메틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디-t-부틸-5,5'-디메틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3',5,5'-테트라에틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디이소프로필-5,5'-디에틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디-t-부틸-5,5'-디에틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3',5,5'-테트라이소프로필-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디-t-부틸-5,5'-디이소프로필-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3',5,5'-테트라-t-부틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐에테르(DADPE), 비스아닐린, 벤질디메틸아닐린, 2-(디메틸아미노메틸)페놀(DMP-10), 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀(DMP-30), 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀의 2-에틸헥산산에스테르 등을 사용할 수 있다. 이들은, 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.The aromatic amine curing agent is not particularly limited as long as it is an aromatic amine used as an epoxy resin curing agent, and specific examples thereof include 3,3'-diaminodiphenylsulfone (3,3'-DDS), 4,4'-diamino Diphenyl sulfone (4,4'-DDS), diaminodiphenylmethane (DDM), 3,3'-diisopropyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'- Butyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diethyl-5,5'-dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diisopropyl- Dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-di-t-butyl-5,5'-dimethyl- 5,5'-tetraethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diisopropyl-5,5'-diethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3 Di-t-butyl-5,5'-diethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3 ', 5,5'-tetraisopropyl-4,4'-diaminodiphenyl Methane, 3,3'-di-t-butyl-5,5'-diisopropyl-4,4'-diaminodiphenyl methane, 3,3 ', 5,5'-tetra- , 4'-diaminodiphenyl (DAMPE), bisaniline, benzyldimethylaniline, 2- (dimethylaminomethyl) phenol (DMP-10), 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol (DMP- , 2-ethylhexanoic acid esters of 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
본 발명의 프리프레그를 사용해서 탄소섬유 강화 복합 재료를 성형하기 위해서는, 프리프레그를 적층한 후, 적층물에 압력을 부여하면서 매트릭스 수지를 가열 경화시키는 방법 등을 사용할 수 있다. 본 발명에 의하면, 프리프레그 공정 통과시 권취된 섬유 사폭 대비 주행사 사폭의 변동이 6% 이하로 안정적인 주행이 가능하다. 또한, 주행시 하드한 사이징제 코팅에 의해 사꼬임 발생이 억제되어 개섬기 입구까지 안정적으로 주행하는 것이 가능할 뿐 아니라 개섬기 입구에서의 사폭 변동 및 사 꼬임이 현저히 감소하여 우수한 품질의 저중량 프리프레그를 제조할 수 있다. In order to form the carbon fiber-reinforced composite material using the prepreg of the present invention, a method of thermally curing the matrix resin while laminating the prepreg and applying pressure to the laminate may be used. According to the present invention, it is possible to stably travel at a variation of main yarn width of 6% or less compared to the fiber width at the time of passing through the prepreg process. In addition, it is possible to stably travel to the opening of the dog gate by suppressing the occurrence of twist by hard sizing agent coating at the time of driving, and the width and twist of the dog gate are significantly reduced, thereby producing a low- can do.
이와 같이 제조된 본 발명의 프리프레그는, 항공기 부재, 우주기 부재, 자동차 부재 및 선박 부재를 비롯하여, 골프 샤프트나 낚시대 등의 스포츠 용도 및 기타 일반 산업 용도에 적절하게 사용된다.The thus prepared prepreg of the present invention is suitably used in sports applications such as golf shafts and fishing rods as well as other general industrial applications, including aircraft members, spacecraft members, automobile members and ship members.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 취지 또는 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 구조를 다양하게 변경하고 변형할 수 있다는 사실은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부한 특허청구범위 및 그와 균등한 범위로 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, The facts will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the scope of protection of the present invention should be defined in the appended claims and their equivalents.
10: 제1 사이징 욕조 11: 제1 사이징제
20: 탄소섬유 다발 30: 제1 턴-가이드
31: 제2 턴-가이드 32: 제3 턴-가이드
33: 제4 턴-가이드 34: 제5 턴-가이드
35: 제6 턴-가이드 40: 제2 사이징 욕조
41: 하부 욕조 42: 상부 욕조10: first sizing bath 11: first sizing agent
20: carbon fiber bundle 30: first turn-guide
31: second turn-guide 32: third turn-guide
33: fourth turn-guide 34: fifth turn-guide
35: Sixth turn - Guide 40: Second sizing bath
41: lower bathtub 42: upper bathtub
Claims (13)
상기 탄소섬유 다발을 2개 이상의 에폭시 관능기를 갖는 에폭시 화합물을 포함하는 제1 사이징제가 수분산된 제1 사이징 욕조에 함침시켜 탄소섬유 표면에 상기 제1 사이징제를 코팅하는 단계; 및
상기 에폭시 화합물이 코팅된 탄소섬유 다발을 우레탄 변성된 2개 이상의 관능기를 갖는 변성 에폭시 화합물을 포함하는 제2 사이징제가 수분산된 제2 사이징 욕조를 통과시켜 탄소섬유 표면에 상기 제2 사이징제를 코팅하는 단계를 포함하는 프리프레그용 탄소섬유의 제조방법.
Subjecting a precursor fiber bundle containing a polyacrylonitrile polymer to a chlorination process, a preliminary carbonization process, and a carbonization process to obtain a carbon fiber bundle;
Impregnating the carbon fiber bundle with a first sizing bath in which a first sizing agent containing an epoxy compound having at least two epoxy functional groups is dispersed in water to coat the first sizing agent on the surface of the carbon fiber; And
The carbon fiber bundle coated with the epoxy compound is passed through a second sizing bath in which a second sizing agent containing a modified epoxy compound having at least two urethane-modified functional groups is dispersed in water to coat the second sizing agent on the carbon fiber surface Wherein the step of forming the prepreg comprises the steps of:
The apparatus according to claim 1, wherein the second sizing bath is composed of an upper bathtub and a lower bathtub facing each other with respect to a traveling path of the carbon fiber bundle, the bathtub being spaced apart at regular intervals in the running direction of the carbon fiber bundle, , The second sizing agent is coated on one surface of the carbon fiber, and the second sizing agent is coated on the other surface of the carbon fiber in the upper bathtub.
The method of claim 1, wherein a fixed turn-guide is provided in the first sizing bath, and the first sizing agent is coated on the surface of the carbon fiber bundle while the carbon fiber bundle passes through the fixed turn- Gt;
3. The carbon fiber bundle according to claim 2, wherein the carbon fiber bundle passes through a turn-guide partially immersed in the lower tub, while the second sizing agent applied to the surface of the turn- And the second sizing agent coated on the surface of the turn-guide in the upper bath while the carbon fiber bundle passes through the turn-guide partially immersed in the upper bath is coated on the other surface of the carbon fiber bundle By weight based on the total weight of the prepreg.
The method of claim 1, wherein the carbon fiber bundle is further dried at a temperature of 110 to 250 DEG C in a drier before passing through the first sizing bath and the second sizing bath By weight based on the total weight of the prepreg.
3. The method of claim 2, wherein the vertical length between the lower bath and the upper bath is 10 cm to 1000 cm.
2. The prepreg according to claim 1, characterized in that the sizing pick-up (SPU) of the first sizing agent is 0.3 to 2.8 wt% and the SPU of the second sizing agent is 0.2 to 2.7 wt% Gt;
The method for producing a carbon fiber for prepreg according to claim 1, wherein the epoxy compound having two or more epoxy functional groups is contained in an amount of 40 to 80 mass% based on the total amount of the sizing agent applied to the surface of the carbon fiber bundle.
A sizing agent-coated carbon fiber bundle coated with a sizing agent on a carbon fiber bundle, wherein a first sizing agent comprising an epoxy compound having at least two epoxy functional groups is coated on the surface of the carbon fiber bundle, A sizing agent-coated carbon fiber bundle coated with a second sizing agent comprising a modified epoxy compound having two or more urethane-modified functional groups on the surface of a fiber bundle.
The sizing agent-coated carbon fiber bundle according to claim 9, wherein the SPU of the first sizing agent is 0.3 to 2.8 wt% and the SPU of the second sizing agent is 0.2 to 2.7 wt%.
The sizing agent-coated carbon fiber bundle according to claim 9, wherein the epoxy compound having two or more epoxy functional groups is contained in an amount of 40 to 80 mass% with respect to the total amount of the sizing agent applied to the surface of the carbon fiber bundle.
The sizing agent-coated carbon fiber bundle according to claim 9, wherein the number of the staple fibers constituting the carbon fiber bundle is 3000 to 43500, and the total fineness of the carbon fiber bundle is 310 to 3000 tex.
A prepreg comprising a sizing agent-coated carbon fiber bundle according to any one of claims 9 to 12, and a thermosetting resin containing an epoxy compound and an aromatic amine curing agent.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170012200A KR20180087924A (en) | 2017-01-25 | 2017-01-25 | Method of preparing carbon fiber having an excellent dimensional stability and carbon fiber by the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170012200A KR20180087924A (en) | 2017-01-25 | 2017-01-25 | Method of preparing carbon fiber having an excellent dimensional stability and carbon fiber by the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180087924A true KR20180087924A (en) | 2018-08-03 |
Family
ID=63250260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170012200A KR20180087924A (en) | 2017-01-25 | 2017-01-25 | Method of preparing carbon fiber having an excellent dimensional stability and carbon fiber by the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180087924A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109679295A (en) * | 2019-01-15 | 2019-04-26 | 南通纺织丝绸产业技术研究院 | Method for enhancing the composite performance of carbon fiber and resin matrix |
| WO2021020650A1 (en) * | 2019-07-31 | 2021-02-04 | (주)다인스 | Conductive flexible carbon fibers |
| KR20220165534A (en) | 2021-06-08 | 2022-12-15 | 최효린 | a clothespin cell phone stand |
-
2017
- 2017-01-25 KR KR1020170012200A patent/KR20180087924A/en unknown
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109679295A (en) * | 2019-01-15 | 2019-04-26 | 南通纺织丝绸产业技术研究院 | Method for enhancing the composite performance of carbon fiber and resin matrix |
| WO2021020650A1 (en) * | 2019-07-31 | 2021-02-04 | (주)다인스 | Conductive flexible carbon fibers |
| KR20220165534A (en) | 2021-06-08 | 2022-12-15 | 최효린 | a clothespin cell phone stand |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10370507B2 (en) | Carbon fiber thermoplastic resin prepreg, carbon fiber composite material and producing method | |
| JP2018145540A (en) | Method for production of carbon fiber bundle | |
| JP2018145541A (en) | Carbon fiber bundle and method for production of the same | |
| TW200536707A (en) | Carbon fibers and production method thereof, prepreg, and golf shaft | |
| KR20130051505A (en) | Carbon-fiber-precursor fiber bundle, carbon fiber bundle, and uses thereof | |
| WO2013157613A1 (en) | Carbon fiber bundle and method of producing carbon fiber bundle | |
| KR20180087924A (en) | Method of preparing carbon fiber having an excellent dimensional stability and carbon fiber by the same | |
| CN115777032A (en) | Carbon fiber bundle having sizing agent attached thereto | |
| US20100266827A1 (en) | Carbon fiber and composite material using the same | |
| JP2007016364A (en) | Carbon fiber bundle | |
| JP4305081B2 (en) | Oil for carbon fiber production and method for producing carbon fiber | |
| US11692302B2 (en) | Sizing agent composition, method for producing carbon fibers, and carbon fibers each having sizing agent applied thereonto | |
| JP4975217B2 (en) | Carbon fiber and method for producing the same, method for producing carbon fiber precursor fiber, and prepreg | |
| WO2020071445A1 (en) | Precursor fiber bundle production method, carbon fiber bundle production method, and carbon fiber bundle | |
| KR20190084580A (en) | Sizing agent for carbon fiber and method of preparing carbon fiber using the same | |
| JP5960402B2 (en) | Carbon fiber bundle and method for producing carbon fiber bundle | |
| KR20160037256A (en) | Method of coating carbon-fiber with sizing agent, apparatus thereof, and complex materials manufactured by the same | |
| US10975501B2 (en) | Carbon material and production method for same | |
| JP2015071663A (en) | Carbon fiber bundle for filament winding | |
| JP3539577B2 (en) | Fiber reinforced composite material | |
| JP2004149980A (en) | Carbon fiber strand and method for producing the same | |
| JP2024003966A (en) | Carbon fiber bundle, method for producing carbon fiber bundle, and carbon fiber reinforced composite material | |
| JP2022096210A (en) | Method for producing carbon fiber | |
| JP2001131833A (en) | Carbon yarn and method for producing the same | |
| JP2002339170A (en) | Carbon fiber having excellent property in twisting direction, and carbon fiber-reinforced composite material using the carbon fiber as reinforcing material |