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JP2013119685A - Opened carbon fiber bundle and method for producing the same - Google Patents

Opened carbon fiber bundle and method for producing the same Download PDF

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JP2013119685A
JP2013119685A JP2011268173A JP2011268173A JP2013119685A JP 2013119685 A JP2013119685 A JP 2013119685A JP 2011268173 A JP2011268173 A JP 2011268173A JP 2011268173 A JP2011268173 A JP 2011268173A JP 2013119685 A JP2013119685 A JP 2013119685A
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JP
Japan
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carbon fiber
fiber bundle
weight
parts
sizing agent
Prior art date
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Pending
Application number
JP2011268173A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsubasa Ono
翼 大野
Takeshi Naito
猛 内藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Teijin Ltd filed Critical Teijin Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an opened carbon fiber bundle and a method for producing the same, and a carbon fiber product obtained from the opened carbon fiber bundle.SOLUTION: The method for producing the opened carbon fiber bundle comprises: applying a dispersion liquid that contains a surface active agent and comprises a sizing agent and water, to a carbon fiber bundle; drying the carbon fiber bundle so that a content of water becomes 1-20 pts.wt. with respect to 100 pts.wt. of a carbon fiber; and then subjecting the carbon fiber bundle to an opening process.

Description

本発明は、開繊された炭素繊維束及びその製造方法、ならびに開繊された炭素繊維束より得られる炭素繊維製品に関する。   The present invention relates to an opened carbon fiber bundle, a method for producing the same, and a carbon fiber product obtained from the opened carbon fiber bundle.

炭素繊維は、樹脂の強度を高め、同時に樹脂が炭素繊維の脆弱破壊を緩衝するために、樹脂との複合材料として多くの応用が行なわれている材料である。
一方、炭素繊維は、多数本の極細フィラメントで構成されていることから、伸度が小さく機械的摩擦などによって毛羽が発生しやすい。この問題を改善するため、樹脂との複合化の際のマトリックス樹脂との接着性を向上させ、且つ、炭素繊維の収束性・取扱性を向上させる目的で、炭素繊維にサイジング剤を付与するのが一般的である。
Carbon fiber is a material that has been widely applied as a composite material with a resin in order to increase the strength of the resin and at the same time, the resin can buffer the brittle fracture of the carbon fiber.
On the other hand, since carbon fiber is composed of a large number of ultrafine filaments, the elongation is small and fluff is likely to occur due to mechanical friction or the like. In order to improve this problem, a sizing agent is added to the carbon fiber for the purpose of improving the adhesion with the matrix resin at the time of compounding with the resin and improving the convergence and handling of the carbon fiber. Is common.

炭素繊維との複合化に用いられる樹脂には、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂がある。
例えば、特許文献1には、常温で液体のビスフェノールA型エポキシ樹脂、常温で固形状のビスフェノールA型エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ステアリン酸を必須成分としたサイジング剤が提案されている。
また、例えば、特許文献2には、炭素繊維表面と熱可塑性樹脂の界面に用いるサイジング剤として、複合化する樹脂と同じような熱可塑性樹脂を改質・エマルジョン化して用いることが提案されている。
しかしながら、上記特許文献にて得られる炭素繊維束は、ある程度高分子化された樹脂が炭素繊維に付与されることから、一般に使用される室温付近では風合いが硬くなり、開繊性が低下するという問題があった。
Resins used for compounding with carbon fibers include thermosetting resins and thermoplastic resins.
For example, Patent Document 1 proposes a sizing agent containing bisphenol A type epoxy resin that is liquid at room temperature, bisphenol A type epoxy resin that is solid at room temperature, unsaturated polyester resin, and stearic acid as essential components.
Further, for example, Patent Document 2 proposes using a modified and emulsified thermoplastic resin similar to the resin to be combined as a sizing agent used at the interface between the carbon fiber surface and the thermoplastic resin. .
However, the carbon fiber bundle obtained in the above-mentioned patent document is imparted to the carbon fiber with a polymer that is polymerized to some extent, so that the texture becomes hard near the room temperature generally used, and the openability is reduced. There was a problem.

この問題を解決する方法として、例えば特許文献3には、界面活性剤を主成分とするサイジング剤を炭素繊維表面に付与することにより、炭素繊維束の水中での開繊性を向上させることが開示されている。しかし、この手法で得られた炭素繊維束では、界面活性剤の揮発などによって、サイジング処理における熱処理条件の範囲が狭く、製造管理が困難である。さらに、水中で開繊させることを前提としているため、適用できるプロセスが限定されてしまう。   As a method for solving this problem, for example, Patent Document 3 discloses that a sizing agent containing a surfactant as a main component is applied to the surface of the carbon fiber to improve the openability of the carbon fiber bundle in water. It is disclosed. However, in the carbon fiber bundle obtained by this method, the range of heat treatment conditions in the sizing process is narrow due to volatilization of the surfactant and the production management is difficult. Furthermore, since it is premised on opening in water, the applicable processes are limited.

特開平7−197381号公報JP-A-7-197381 特開平6−107442号公報JP-A-6-107442 WO06/019139号公報WO06 / 018139

本発明は、取扱性に優れ、かつ開繊性を向上させた炭素繊維束を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the carbon fiber bundle which was excellent in the handleability and improved the opening property.

本発明は、炭素繊維に界面活性剤を含むサイジング剤と水とからなる分散液を付与し、水の含有量が炭素繊維100重量部に対し、1〜20重量部とする乾燥工程を経て、それを開繊工程に供する、開繊された炭素繊維束の製造方法である。
本発明により、開繊された炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は、炭素繊維100重量部に対して、0.01〜10重量部とすることができる。
The present invention provides a dispersion comprising a sizing agent containing a surfactant and water to carbon fiber, and the water content is 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of carbon fiber. This is a method for producing an opened carbon fiber bundle, which is subjected to an opening process.
According to the present invention, the adhesion amount of the sizing agent in the opened carbon fiber bundle can be 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.

本発明により、取扱性に優れ、かつ開繊性を向上させた炭素繊維束とそれからの炭素繊維製品を得ることができる。取扱性とは、具体的に繊維をカットする工程や、繊維束を開繊させる工程において、絡みつきなどのトラブルが少なくなることを指し、開繊性を向上するとは、繊維を開繊する工程を供することで、求める炭素繊維製品の形態に合う炭素繊維束の状態を作ることができることを指す。   According to the present invention, it is possible to obtain a carbon fiber bundle excellent in handleability and improved fiber opening property and a carbon fiber product therefrom. Handleability means that troubles such as tangling are reduced in the process of specifically cutting the fiber and the process of opening the fiber bundle, and improving the spreadability means the process of opening the fiber. By providing, the carbon fiber bundle state suitable for the form of the desired carbon fiber product can be made.

テーパー管の概略説明図。Schematic explanatory drawing of a taper pipe. 引張せん断強度測定方法の説明図。Explanatory drawing of the tensile shear strength measuring method.

本発明は、炭素繊維束に、界面活性剤を含むサイジング剤と水とからなる分散液を付与し、水の含有量が炭素繊維100重量部に対し、1〜20重量部とする乾燥工程を経て、それを開繊工程に供する、開繊された炭素繊維束の製造方法、ならびに該製造方法により得られる開繊された炭素繊維束である。   The present invention provides a drying step in which a dispersion comprising a sizing agent containing a surfactant and water is applied to the carbon fiber bundle, and the water content is 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. Then, it is the opened carbon fiber bundle obtained by this manufacturing method, and the manufacturing method of the opened carbon fiber bundle which uses it for an opening process.

本発明における開繊された炭素繊維束の開繊率は、例えば、炭素繊維束を20mmにカットし、炭素繊維投入口直径20mm、かつ吹き出し口直径55mm、かつ管の長さが投入口から吹き出し口まで400mmであるテーパ管内に導入し、テーバ管に導入する圧縮空気圧力が0.25MPaであるようにして圧縮空気を流すことで吹き付けた後の繊維全体中に存在する幅0.6mm未満の繊維束の重量割合で評価できる。このように開繊率を定義した際に、本発明の開繊された炭素繊維束は、該開繊率が40%以上であることが好ましい。開繊率は得ようとする炭素繊維製品により適宜選択できるが、好ましくは45〜90%であり、より好ましくは45〜80%である。以下に、本発明の実施の形態について順次説明する。   The opening rate of the opened carbon fiber bundle in the present invention is, for example, that the carbon fiber bundle is cut to 20 mm, the carbon fiber inlet diameter is 20 mm, the outlet diameter is 55 mm, and the length of the pipe is blown from the inlet. Introduced into a tapered tube having a diameter of 400 mm up to the mouth, and a width of less than 0.6 mm existing in the entire fiber after being blown by flowing compressed air so that the compressed air pressure introduced into the Taber tube is 0.25 MPa It can be evaluated by the weight ratio of the fiber bundle. Thus, when the fiber opening rate is defined, the opened carbon fiber bundle of the present invention preferably has a fiber opening rate of 40% or more. The opening rate can be appropriately selected depending on the carbon fiber product to be obtained, but is preferably 45 to 90%, and more preferably 45 to 80%. Hereinafter, embodiments of the present invention will be sequentially described.

<炭素繊維>
本発明における炭素繊維束には、ポリアクリロニトリル(PAN)系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系など、何れの炭素繊維も使用することができる。特に、PANを原料としたPAN系炭素繊維が、工業規模における生産性及び機械的特性に優れており好ましい。
炭素繊維は、平均直径5〜10μmのものを使用するのが好ましい。また、1000〜50000本の短繊維が繊維束となったものを使用するのが好ましい。炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を高めるため、表面処理によって炭素繊維の表面に含酸素官能基を導入したものを使用することも好ましい。
<Carbon fiber>
Any carbon fiber such as polyacrylonitrile (PAN), petroleum / coal pitch, rayon, and lignin can be used for the carbon fiber bundle in the present invention. In particular, PAN-based carbon fibers using PAN as a raw material are preferable because they are excellent in productivity and mechanical properties on an industrial scale.
It is preferable to use carbon fibers having an average diameter of 5 to 10 μm. Moreover, it is preferable to use a fiber bundle of 1000 to 50000 short fibers. In order to enhance the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin, it is also preferable to use a material in which an oxygen-containing functional group is introduced on the surface of the carbon fiber by a surface treatment.

<サイジング剤>
本発明におけるサイジング剤は、特に限定はなく、複合化される樹脂と相溶しやすいものなど、その都度考慮し、合うものを選択すればよい。本発明で好適に用いられるサイジング剤の具体的な例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS樹脂)、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルピロリドンなどが挙げられる。これらに示したものの共重合体や変性体、それらを含むものを2つ以上混合して使用してもよい。これらに示したものが、一般的な水中の分散体として得ることができる場合、本発明は適用できる。好適には、主成分として、ポリオレフィン樹脂やポリアミド樹脂が用いられる。ポリオレフィン樹脂やポリアミド樹脂を用いることにより、例えば前者はポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂に対して高い相溶性が得られ、後者は極性の高い樹脂に対して、特にポリアミド樹脂に対して高い接着性が得られる。
<Sizing agent>
The sizing agent in the present invention is not particularly limited, and a sizing agent that is compatible with the resin to be combined may be selected in consideration of each case. Specific examples of the sizing agent suitably used in the present invention include epoxy resin, urethane resin, vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, vinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene resin (AS resin). , Acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS resin), acrylic resin, methacrylic resin, polyolefin resin, polyamide resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, boribylene terephthalate resin, polyarylate resin, polyphenylene ether Resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, polyetheretherketone resin, polylactic acid resin, polyimide resin , And polyvinylpyrrolidone. Two or more copolymers or modified products of those shown above may be used as a mixture. The present invention can be applied when the above-described materials can be obtained as a general dispersion in water. Preferably, a polyolefin resin or a polyamide resin is used as a main component. By using polyolefin resin or polyamide resin, for example, the former has high compatibility with polyolefin resins such as polypropylene, and the latter has high adhesiveness with respect to highly polar resins, particularly polyamide resins. It is done.

<界面活性剤>
本発明で用いられる界面活性剤としては、特に限定はなく、サイジング剤と水とからなる分散液が調製できれば良い。具体的にはノニオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤および両性界面活性剤が挙げられる。このうち、分散粒子の粒子径の観点からノニオン性界面活性剤またはアニオン性界面活性剤を用いるのが好ましく、ノニオン性界面活性剤がより好ましい。ノニオン性界面活性剤の好ましい具体例として、下記式(1)で表されるポリオキシアルキレンアルキルエーテルが挙げられる。
2m2+1 m2 −O−(X −O)n2 −H (1)
(m2=8〜22の整数、n2=2〜20の整数、X :炭素数1〜5のアルキレン基)
<Surfactant>
The surfactant used in the present invention is not particularly limited as long as a dispersion composed of a sizing agent and water can be prepared. Specific examples include nonionic surfactants, anionic surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants. Among these, it is preferable to use a nonionic surfactant or an anionic surfactant from the viewpoint of the particle diameter of the dispersed particles, and a nonionic surfactant is more preferable. Preferable specific examples of the nonionic surfactant include polyoxyalkylene alkyl ethers represented by the following formula (1).
H 2m2 + 1 C m2 -O- ( X 2 -O) n2 -H (1)
(M2 = integer of 8 to 22, n2 = integer of 2 to 20, X 2 : alkylene group having 1 to 5 carbon atoms)

X2で表されるアルキレン基の炭素数は2〜5が好ましく、ポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオイレルエーテル等が挙げられる。これらの化合物は、1種単独または2種以上を混合して用いることができる。
本発明においては、界面活性剤はサイジング剤を構成する樹脂の水分散体を得ることができればよく、用いる界面活性剤の量をなるべく低く抑えることが好ましい。サイジング剤は、樹脂固形分100重量部に対し界面活性剤を0.01〜8重量部を含有することが好ましい。
The number of carbon atoms of the alkylene group represented by X2 is preferably 2 to 5, and examples of the polyoxyethylene alkyl ether include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene oilel ether and the like. These compounds can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
In the present invention, the surfactant only needs to be able to obtain an aqueous dispersion of the resin constituting the sizing agent, and it is preferable to keep the amount of the surfactant used as low as possible. It is preferable that a sizing agent contains 0.01-8 weight part of surfactant with respect to 100 weight part of resin solid content.

<サイジング剤と水とからなる分散液>
サイジング剤と水とからなる分散液の量比にとくに限定はなく、均一な分散液が得られれば良い。好ましい量比としては、サイジング剤の固形分(純分)100重量部に対して、水900重量部から水999900重量部、つまりサイジング剤100重量部に対して、サイジング剤の固形分(純分)0.01〜10重量部が好ましい。より好ましくは、サイジング剤の固形分(純分)100重量部に対して、水1900重量部から水99900重量部、つまりサイジング剤100重量部に対して、サイジング剤の固形分(純分)0.1〜5重量部となる。これらを、よく攪拌した後に使用することが好ましい。
<Dispersion liquid consisting of sizing agent and water>
There is no particular limitation on the amount ratio of the dispersion composed of the sizing agent and water, as long as a uniform dispersion can be obtained. As a preferable quantitative ratio, the solid content (pure content) of the sizing agent is from 900 parts by weight of water to 999,900 parts by weight of water, that is, 100 parts by weight of the sizing agent, with respect to 100 parts by weight of the solid content (pure content) of the sizing agent. ) 0.01 to 10 parts by weight is preferred. More preferably, the solid content (pure content) of the sizing agent is 0 to 1900 parts by weight of water, that is, 100 parts by weight of the sizing agent, based on 100 parts by weight of the solid content (pure content) of the sizing agent. 0.1 to 5 parts by weight. These are preferably used after being well stirred.

<浸漬工程>
炭素繊維に界面活性剤を含むサイジング剤と水とからなる分散液を付与する方法にとくに限定はなく、炭素繊維束表面にサイジング剤を均一に塗布することができればよく、従来公知の方法を用いることができる。具体的方法としては、例えばスプレー法、ローラー浸漬法、ローラー転写法などが挙げられ、これらを単独もしくは組み合わせで使用する方法などもある。これらサイジング法のうちでも、生産性、均一性に優れるものとして、ローラー浸漬法が好ましい。炭素繊維ストランドを水性エマルジョンあるいは溶液に浸漬する際には、エマルジョン浴中に設けられた浸漬ローラーを介して、開繊と絞りを繰り返し、ストランドの中まで水性エマルジョンあるいは溶液を含浸させることが肝要である。炭素繊維に対するサイジング剤の付着量の調整は、炭素繊維用サイジング剤の濃度調整や、絞りローラーの調整などによって行うことができる。
<Immersion process>
There is no particular limitation on the method of applying a dispersion composed of a sizing agent containing a surfactant and water to the carbon fiber, and any conventionally known method may be used as long as the sizing agent can be uniformly applied to the surface of the carbon fiber bundle. be able to. Specific methods include, for example, a spray method, a roller dipping method, a roller transfer method, and the like, including a method of using these alone or in combination. Among these sizing methods, the roller dipping method is preferable as a method excellent in productivity and uniformity. When dipping a carbon fiber strand in an aqueous emulsion or solution, it is important to repeat the opening and squeezing through an immersion roller provided in the emulsion bath, and to impregnate the aqueous emulsion or solution into the strand. is there. The amount of the sizing agent attached to the carbon fiber can be adjusted by adjusting the concentration of the sizing agent for carbon fiber, adjusting the squeeze roller, or the like.

<乾燥工程>
本発明方法の特徴の一つは水分量を一定範囲にコントロールする乾燥工程を経て、それを開繊工程に供することである。
前述の分散液を付与した炭素繊維束から、乾燥処理によって、水分を一定割合除去する。この場合、乾燥処理の方法はとくに限定はなく、熱処理や風乾、遠心分離などが挙げられるが、なかでも熱処理が好ましい。乾燥処理を熱処理とすることにより、サイジング処理後の炭素繊維束から水分を除去することに加え、サイジング剤を炭素繊維の表面に均一に分散させることができる。熱処理の加熱手段としては、例えば、熱風、熱板、ローラー、赤外線ヒーターなどを使用することができる。熱処理にて乾燥処理を行う場合、得られる炭素繊維束の水分量を所望の範囲とするため、熱処理温度や熱処理時間を制御する。水性エマルジョンにて炭素繊維用サイジング剤を付与した場合には、物温80℃〜150℃程度で水分を除去するのが好ましい。この温度域であれば、サイジング剤の樹脂、ひいては炭素繊維束を劣化させることなく、目的の炭素繊維束を得ることができる。
<Drying process>
One of the features of the method of the present invention is that it is subjected to a fiber-opening step after a drying step in which the water content is controlled within a certain range.
A certain amount of water is removed from the carbon fiber bundle to which the above dispersion is applied by a drying treatment. In this case, the method for the drying treatment is not particularly limited, and examples thereof include heat treatment, air drying, and centrifugal separation. Among them, heat treatment is preferable. By using a heat treatment as the drying treatment, in addition to removing moisture from the carbon fiber bundle after the sizing treatment, the sizing agent can be uniformly dispersed on the surface of the carbon fiber. As a heating means for the heat treatment, for example, hot air, a hot plate, a roller, an infrared heater or the like can be used. When the drying treatment is performed by heat treatment, the heat treatment temperature and the heat treatment time are controlled in order to keep the moisture content of the obtained carbon fiber bundle within a desired range. When the carbon fiber sizing agent is applied in an aqueous emulsion, it is preferable to remove moisture at a material temperature of about 80 ° C to 150 ° C. If it is this temperature range, the target carbon fiber bundle can be obtained, without degrading resin of a sizing agent and by extension, a carbon fiber bundle.

また、乾燥工程を経た炭素繊維束に対して、スプレーなどを用いてさらに水を付与し、又は水分の蒸発の起こらない環境下にて保存することで、一定の水分量を保つことができる。水分の蒸発の起こらない環境下での保管とは、例えば恒湿槽中での保管や、冷蔵庫中での保管でもよい。
乾燥工程を経て開繊工程に供する炭素繊維における水の含有量は、炭素繊維100重量部に対し、1〜20重量部である。水分量の上限値が20重量部以下であれば、炭素繊維の取扱性を損なうことがない。好適な上限値は炭素繊維束100重量部に対して15重量部である。また、水の含有量の下限値は1重量部であり、これ以下であると水を付与していることによる開繊性の効果が最大限に活かされない。好適な下限値は5重量部である。ここで、本発明において炭素繊維束中の水分量とは、炭素繊維とそれに付着するサイジング剤の重量を含めたものに対する水の重量のことを指す。
In addition, a certain amount of water can be maintained by further applying water to the carbon fiber bundle that has undergone the drying process using a spray or the like, or storing it in an environment in which moisture does not evaporate. Storage in an environment where moisture does not evaporate may be, for example, storage in a humidity chamber or storage in a refrigerator.
The content of water in the carbon fiber subjected to the opening process through the drying process is 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. If the upper limit of the amount of moisture is 20 parts by weight or less, the handleability of the carbon fiber is not impaired. A suitable upper limit is 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber bundle. Moreover, the lower limit of the content of water is 1 part by weight, and if it is less than this, the effect of the spreadability due to the application of water is not fully utilized. A preferred lower limit is 5 parts by weight. Here, in the present invention, the amount of water in the carbon fiber bundle refers to the weight of water relative to the carbon fiber and the weight of the sizing agent adhering to the carbon fiber.

<開繊工程>
上記の乾燥工程を経た繊維束を、開繊工程に供する。炭素繊維束を開繊させる方法は特に限定されないが、好ましくは丸棒で繊維をしごく方法、気流を用いる方法、超音波等で繊維を振動させる方法等が挙げられる。炭素繊維束に空気を吹き付けることにより、繊維束を開繊させる方法では、開繊の程度を空気の圧力等により適宜コントロールすることができる。これらの開繊工程に供する繊維は連続繊維でも不連続繊維でもよい。
<Opening process>
The fiber bundle which passed through said drying process is used for a fiber opening process. The method of opening the carbon fiber bundle is not particularly limited, but preferably, a method of squeezing the fiber with a round bar, a method of using an air flow, a method of vibrating the fiber with ultrasonic waves, and the like are mentioned. In the method of opening the fiber bundle by blowing air onto the carbon fiber bundle, the degree of opening can be appropriately controlled by the pressure of the air or the like. The fibers subjected to these opening processes may be continuous fibers or discontinuous fibers.

<得られる炭素繊維製品>
本発明方法により開繊された炭素繊維束が得られ、それを加工することで炭素繊維製品が得られる。得られる炭素繊維製品は、好ましくはサイジング剤の付着量が、炭素繊維100重量部に対して、0.01〜10重量部である。すなわち本発明の炭素繊維束の製造方法において、炭素繊維束100重量部に対して、サイジング剤が0.01〜10重量部付着するように分散液を付与することが好ましい。本発明方法により得られる炭素繊維製品は、好ましくは界面活性剤の含有量が、サイジング剤中の樹脂固形分100重量部に対し、0.01〜8重量部である。より好ましくは、樹脂の水分散体を作製する際に界面活性剤がなるべく少ないことが好ましい。
<Obtained carbon fiber products>
A carbon fiber bundle opened by the method of the present invention is obtained, and a carbon fiber product is obtained by processing the bundle. In the obtained carbon fiber product, the amount of the sizing agent is preferably 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. That is, in the method for producing a carbon fiber bundle of the present invention, it is preferable to apply the dispersion so that 0.01 to 10 parts by weight of the sizing agent adheres to 100 parts by weight of the carbon fiber bundle. The carbon fiber product obtained by the method of the present invention preferably has a surfactant content of 0.01 to 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin solid content in the sizing agent. More preferably, it is preferable that the amount of the surfactant is as small as possible when the aqueous dispersion of the resin is produced.

本発明の炭素繊維製品の製造方法は、サイジング剤が付与された炭素繊維束であって、炭素繊維束中の水分量が該炭素繊維束100重量部に対して1〜20重量部である炭素繊維束を開繊させる工程を少なくとも行うことを特徴とする。特定量の水分を含む炭素繊維束を開繊させることにより、十分に開繊された炭素繊維を容易に得ることができる。   The method for producing a carbon fiber product of the present invention is a carbon fiber bundle to which a sizing agent is applied, and the amount of water in the carbon fiber bundle is 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber bundle. At least the step of opening the fiber bundle is performed. A sufficiently opened carbon fiber can be easily obtained by opening a carbon fiber bundle containing a specific amount of moisture.

本発明の炭素繊維束を用いて得られる炭素繊維製品は、複合化させるマトリックス樹脂の含浸が十分に行われ、また強度ムラなどが少ない高品位なものとなる。このような炭素繊維製品としては、例えば、後に詳述するランダムマットや、一軸配向炭素繊維複合材料、織物などが挙げられる。
該炭素繊維製品には、本発明の目的を損なわない範囲で各種の添加剤を含んでも良い。添加剤として例えば、界面活性剤が挙げられる。また、開繊された炭素繊維束以外に含まれている物として、炭素繊維単糸、1種類以上の熱可塑性樹脂が挙げられる。
The carbon fiber product obtained by using the carbon fiber bundle of the present invention is sufficiently high in impregnation with a matrix resin to be combined and has little unevenness in strength. Examples of such carbon fiber products include a random mat, a uniaxially oriented carbon fiber composite material, and a woven fabric that will be described in detail later.
The carbon fiber product may contain various additives as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of the additive include a surfactant. Moreover, as a thing contained other than the opened carbon fiber bundle, a carbon fiber single yarn and one or more types of thermoplastic resins are mentioned.

<ランダムマット>
ランダムマットとは、ランダムマットの面内において、強化繊維は特定の方向に配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されているものを指す。また、ランダムマットにおける強化繊維の平均繊維長5〜100mm以下であり、好ましくは10〜100mmであり、より好ましくは15mm以上100mm以下であり、さらに好ましくは15mm以上80mm以下である。更には20mm以上60mm以下が好ましく、これらの繊維長の1つ、もしくは2つ以上を組み合わせて形成してもよい。
本発明において、ランダムマットとは、炭素繊維束を繊維長2〜60mmとしたものと、熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が25〜3000g/mの目付けにて実質的に面内ランダムに配向していることを特徴とする。
<Random mat>
The random mat refers to a fiber in which reinforcing fibers are not oriented in a specific direction and are dispersed in a random direction within the plane of the random mat. Further, the average fiber length of the reinforcing fibers in the random mat is 5 to 100 mm or less, preferably 10 to 100 mm, more preferably 15 mm or more and 100 mm or less, and further preferably 15 mm or more and 80 mm or less. Furthermore, 20 mm or more and 60 mm or less are preferable, and one of these fiber lengths or a combination of two or more may be formed.
In the present invention, the random mat is composed of a carbon fiber bundle having a fiber length of 2 to 60 mm and a thermoplastic resin, and the carbon fiber is substantially in-plane random with a basis weight of 25 to 3000 g / m 2. It is characterized by being oriented.

本発明において、用いられる熱可塑性樹脂は特に限定されないが、ポリプロピレン系樹脂かポリアミド系樹脂であることが好ましい。ポリプロピレン系樹脂とは、プロピレン単位の他、共重合成分としては、エチレン、プロピレン以外のα−オレフィン、環状オレフィン、不飽和酸及びその誘導体、不飽和酸およびその酸無水物などが挙げられる。上記のα−オレフィンとしては、例えば、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、4−メチル−1−ペンテン等を挙げることができる。また環状オレフィンモノマーとしては、シクロブテン、シクロペンテン、シクロペンタジエン、4−メチルシクロペンテン、4,4−ジメチルシクロペンテン、シクロヘキセン、4−メチルシクロヘキセン、4,4−ジメチルシクロヘキセン、1,3−ジメチルシクロヘキセン、1,3−シクロヘキサジエン、1,4−シクロヘキサジエン、シクロヘプテン、1,3−シクロヘプタジエン、1,3,5−シクロヘプタトリエン、シクロオクテン、1,5−シクロオクタジエン、シクロドデセン等を挙げることができる。また、不飽和酸としてはマレイン酸、フマル酸、アクリル酸、メタクリル酸、不飽和酸無水物としては無水マレイン酸を挙げることができる。これらの共重合体はランダム共重合体、ブロック共重合体およびグラフト共重合体の構造をとることができる。共重合成分を含む場合の好ましい共重合モル比は0.1〜50%である。また上記ポリプロピレン系の樹脂は他の樹脂と配合して用いることができる。このような樹脂としてはエチレン−プロピレン共重合体エラストマー(EPR)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体エラストマー(EPDM)、エチレン−ブテン−1共重合体エラストマー(EBM)、超低密度ポリエチレン、スチレン−ブタジエンブロック共重合体エラストマー、スチレン−ブタジエンランダム共重合体エラストマー、スチレン−イソプレンブロック共重合体エラストマー等を例示することができる。   In the present invention, the thermoplastic resin used is not particularly limited, but is preferably a polypropylene resin or a polyamide resin. In addition to the propylene unit, the copolymer component includes ethylene, α-olefins other than propylene, cyclic olefins, unsaturated acids and derivatives thereof, unsaturated acids and acid anhydrides, and the like. Examples of the α-olefin include 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, 1-nonene, 1-decene, 4-methyl-1-pentene, and the like. it can. Cyclic olefin monomers include cyclobutene, cyclopentene, cyclopentadiene, 4-methylcyclopentene, 4,4-dimethylcyclopentene, cyclohexene, 4-methylcyclohexene, 4,4-dimethylcyclohexene, 1,3-dimethylcyclohexene, 1,3. -Cyclohexadiene, 1,4-cyclohexadiene, cycloheptene, 1,3-cycloheptadiene, 1,3,5-cycloheptatriene, cyclooctene, 1,5-cyclooctadiene, cyclododecene and the like can be mentioned. Examples of the unsaturated acid include maleic acid, fumaric acid, acrylic acid, methacrylic acid, and examples of the unsaturated acid anhydride include maleic anhydride. These copolymers can take the structure of a random copolymer, a block copolymer, and a graft copolymer. A preferable copolymer molar ratio when it contains a copolymer component is 0.1 to 50%. The polypropylene resin can be used in combination with other resins. Such resins include ethylene-propylene copolymer elastomer (EPR), ethylene-propylene-diene copolymer elastomer (EPDM), ethylene-butene-1 copolymer elastomer (EBM), ultra-low density polyethylene, styrene- Examples thereof include butadiene block copolymer elastomers, styrene-butadiene random copolymer elastomers, and styrene-isoprene block copolymer elastomers.

ポリアミド系樹脂の具体例としては、−[NH(CHCO]−、−[NH(CHNHCO(CHCO]−、−[NH(CHNHCO(CHCO]−、−[NH(CH10CO]−、−[NH(CH11CO]−、および−[NH(CHNHCO−D−CO]−(式中Dは炭素数34の不飽和炭化水素を示す)からなる群より選ばれた少なくとも1種を構造単位とするポリアミド樹脂が好ましく用いられる。それらの具体例としては6−ナイロン、66−ナイロン、610−ナイロン、11−ナイロン、12−ナイロン、6/66共重合ナイロン、6/610共重合ナイロン、6/11共重合ナイロン、6/12共重合ナイロン、6/66/11共重合ナイロン、6/66/12共重合ナイロン、6/66/11/12共重合ナイロン、6/66/610/11/12共重合ナイロンおよびダイマー酸系ポリアミド樹脂等が挙げられる。これらの重合体または共重合体は、単独であっても2種以上の混合物であってもよい。 Specific examples of the polyamide-based resin include — [NH (CH 2 ) 5 CO] —, — [NH (CH 2 ) 6 NHCO (CH 2 ) 4 CO] —, — [NH (CH 2 ) 6 NHCO (CH 2) 8 CO] -, - [NH (CH 2) 10 CO] -, - [NH (CH 2) 11 CO] -, and - [NH (CH 2) 2 NHCO-D-CO] - ( wherein A polyamide resin having a structural unit of at least one selected from the group consisting of D represents an unsaturated hydrocarbon having 34 carbon atoms is preferably used. Specific examples thereof include 6-nylon, 66-nylon, 610-nylon, 11-nylon, 12-nylon, 6/66 copolymer nylon, 6/610 copolymer nylon, 6/11 copolymer nylon, 6/12. Copolymer nylon, 6/66/11 copolymer nylon, 6/66/12 copolymer nylon, 6/66/11/12 copolymer nylon, 6/66/610/11/12 copolymer nylon and dimer acid polyamide Examples thereof include resins. These polymers or copolymers may be used alone or as a mixture of two or more.

また上記の樹脂には無機フィラーを配合することができる。無機フィラーとして、タルク、珪酸カルシウム、珪酸カルシウム、ワラストナイト、モンモリロナイトや各種の無機ナノフィラーを挙げることができる。また上記樹脂には、必要に応じて、耐熱安定剤、帯電防止剤、耐候安定剤、耐光安定剤、老化防止剤、酸化防止剤、軟化剤、分散剤、充填剤、着色剤、滑剤など、従来からポリオレフィン組成物に配合されている他の添加剤を、配合することができる。   Moreover, an inorganic filler can be mix | blended with said resin. Examples of the inorganic filler include talc, calcium silicate, calcium silicate, wollastonite, montmorillonite, and various inorganic nanofillers. In addition, the above resins include heat stabilizers, antistatic agents, weather stabilizers, light stabilizers, anti-aging agents, antioxidants, softeners, dispersants, fillers, colorants, lubricants, etc. Other additives conventionally blended in polyolefin compositions can be blended.

ランダムマットにおける熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維100重量部に対し、10〜500重量部であることが好ましい。より好ましくは20〜400重量部である。
ランダムマットにおいて、熱可塑性樹脂が、繊維状、粉末状、又は粒状で存在することが好ましい。
The amount of the thermoplastic resin present in the random mat is preferably 10 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers. More preferably, it is 20-400 weight part.
In the random mat, the thermoplastic resin is preferably present in the form of fibers, powders, or granules.

当該ランダムマットは
1.上記の炭素繊維束をカットする工程、
2.カットされた炭素繊維を管内に導入し、空気を繊維に吹き付ける事により、繊維束を開繊させる工程、
3.開繊させた炭素繊維を拡散させると同時に、熱可塑性樹脂とともに吸引しつつ、炭素繊維と熱可塑性樹脂を同時に散布する塗布工程、
4.塗布された炭素繊維および熱可塑性樹脂を定着させる工程、
により好ましく得ることができる。
The random mat is 1. A step of cutting the carbon fiber bundle,
2. A process of opening the fiber bundle by introducing cut carbon fiber into the tube and blowing air on the fiber;
3. An application process in which the carbon fiber and the thermoplastic resin are simultaneously sprayed while spreading the spread carbon fiber and sucking it together with the thermoplastic resin.
4). Fixing the applied carbon fiber and thermoplastic resin;
More preferably.

熱可塑性樹脂マトリックス中の炭素繊維の開繊程度をコントロールし、特定本数以上の炭素繊維束で存在するものと、それ以外の開繊された炭素繊維を特定の割合で含むランダムマットとすることが好ましい。本発明の製造方法によれば、開繊率を適切にコントロールすることが可能であり、種々の用途、目的に適したランダムマットを提供することができる。   The degree of opening of the carbon fibers in the thermoplastic resin matrix is controlled, and a random mat containing a specific number of carbon fibers bundles other than the number of carbon fibers bundled in a specific ratio may be used. preferable. According to the production method of the present invention, it is possible to appropriately control the spread rate, and it is possible to provide a random mat suitable for various uses and purposes.

例えば、炭素繊維束を20mmにカットし、炭素繊維投入口直径20mm、かつ吹き出し口直径55mm、かつ管の長さが投入口から吹き出し口まで400mmであるテーパ管内に導入し、テーバ管に導入される圧縮空気圧力が0.25MPaであるようにして圧縮空気を流すことで吹き付けることでランダムマットを得ることができる。このときの繊維全体中に存在する幅0.6mm未満の繊維束の重量割合を開繊率と定義する。
適切な開繊率でのランダムマットを作製することにより、より緻密に炭素繊維と熱可塑性樹脂を密着させ、高い物性を達成することが可能となる。
For example, a carbon fiber bundle is cut into 20 mm, introduced into a taper tube having a carbon fiber inlet diameter of 20 mm, an outlet diameter of 55 mm, and a pipe length of 400 mm from the inlet to the outlet. A random mat can be obtained by spraying by flowing compressed air so that the compressed air pressure is 0.25 MPa. The weight ratio of the fiber bundle having a width of less than 0.6 mm present in the entire fiber at this time is defined as the fiber opening rate.
By producing a random mat with an appropriate spread rate, it becomes possible to achieve a higher physical property by closely adhering the carbon fiber and the thermoplastic resin.

<一軸配向炭素繊維複合材料>
本発明の開繊された炭素繊維束を引き揃え、溶融した熱可塑性樹脂と接触させることにより炭素繊維束と熱可塑性樹脂とが複合されてなる一軸配向炭素繊維複合材料を得ることができる。この際に用いられる熱可塑性樹脂はポリプロピレン系樹脂やポリアミド系樹脂であることが好ましい。一軸配向炭素繊維複合材料は、複数の一軸配向炭素繊維複合材料を積層してなるものとしてもよい。
ポリプロピレン系樹脂やポリアミド樹脂は上記のランダムマットの項で記載したものが同様に好ましく挙げられる。
<Uniaxially oriented carbon fiber composite material>
By aligning the opened carbon fiber bundles of the present invention and bringing them into contact with a molten thermoplastic resin, a uniaxially oriented carbon fiber composite material in which the carbon fiber bundle and the thermoplastic resin are combined can be obtained. The thermoplastic resin used at this time is preferably a polypropylene resin or a polyamide resin. The uniaxially oriented carbon fiber composite material may be formed by laminating a plurality of uniaxially oriented carbon fiber composite materials.
As the polypropylene resin and the polyamide resin, those described in the above-mentioned random mat are preferably mentioned.

一軸配向炭素繊維複合材料層を製造する方法はとくに限定はなく、例えばプルトリュージョン法などで得ることができる。プルトリュージョン法による場合は炭素繊維が熱可塑性樹脂により含浸されているものが好適に得られる。熱可塑性樹脂による含浸を抑えたもの、すなわち半含浸の層とした場合は、例えば熱可塑性樹脂からなるシート上に炭素繊維の一方向に引き揃えて、必要によりプレスしつつ加熱する方法等で好ましく得ることができる。   The method for producing the uniaxially oriented carbon fiber composite material layer is not particularly limited, and can be obtained, for example, by a pultrusion method. In the case of the pultrusion method, a carbon fiber impregnated with a thermoplastic resin is preferably obtained. When a layer impregnated with a thermoplastic resin is suppressed, that is, a semi-impregnated layer, for example, a method of aligning carbon fibers in one direction on a sheet made of a thermoplastic resin and heating while pressing if necessary is preferable. Can be obtained.

複合材料の形状は円柱状、あるいは角柱状であることが好ましい。炭素繊維束を熱可塑性樹脂で固めたストランドを得て、これを切断することにより炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる長繊維ペレットを得ることができる。角柱状の場合、高さ(厚み)を薄くすることでシート状とすることもできる。シート状としたときの好ましい厚みは40〜3000μmである。一軸配向炭素繊維複合材料における熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維100重量部に対し、10〜500重量部であることが好ましい。より好ましくは20〜250重量部である。   The shape of the composite material is preferably cylindrical or prismatic. A long fiber pellet made of carbon fiber and a thermoplastic resin can be obtained by obtaining a strand obtained by solidifying a carbon fiber bundle with a thermoplastic resin and cutting the strand. In the case of a prismatic shape, a sheet shape can be obtained by reducing the height (thickness). A preferable thickness when the sheet is formed is 40 to 3000 μm. The amount of the thermoplastic resin in the uniaxially oriented carbon fiber composite material is preferably 10 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers. More preferably, it is 20-250 weight part.

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。本発明の実施例は、下記に示す方法で評価を行った。   Examples are shown below, but the present invention is not limited thereto. The examples of the present invention were evaluated by the following methods.

<炭素繊維束への水分量の測定方法>
炭素繊維束中の水分量は、得られた炭素繊維束を1.0mで2本採取して重量を量り、これらを105℃の乾燥機で十分に乾燥させてから再度重量を量り、以下の式(2)によって計算されたものの平均である。
水分量=(a−b)/b ×100(%) (2)
a:乾燥前の炭素繊維束重量 [g]
b:乾燥後の炭素繊維束重量 [g]
<Method for measuring water content in carbon fiber bundle>
The amount of water in the carbon fiber bundle was measured by weighing two obtained carbon fiber bundles at 1.0 m, weighing them thoroughly with a dryer at 105 ° C., and weighing again. It is the average of those calculated by equation (2).
Water content = (ab) / b × 100 (%) (2)
a: Carbon fiber bundle weight before drying [g]
b: Weight of carbon fiber bundle after drying [g]

<炭素繊維束へのサイジング剤付着量の測定方法>
サイジング剤の付着量は、サイジング処理を行った1.0mの炭素繊維束を2本採取し、これらを500℃に昇温した炉で10分間焼成し、重量減少した分をサイジング剤の付着分として以下の式(3)によって計算されたものの平均である。
サイジング剤の付着量=(a−b)/b ×100 (%) (3)
a:焼成処理前の炭素繊維束重量 [g]
b:焼成処理後の炭素繊維束重量 [g]
<Measurement method of amount of sizing agent attached to carbon fiber bundle>
The amount of sizing agent deposited was taken from two 1.0 m carbon fiber bundles that had been sized and fired in a furnace heated to 500 ° C. for 10 minutes. As an average of those calculated by the following equation (3).
Sizing agent adhesion amount = (ab) / b × 100 (%) (3)
a: Weight of carbon fiber bundle before firing [g]
b: Weight of carbon fiber bundle after firing treatment [g]

<炭素繊維束の開繊性評価試験>
炭素繊維束をロータリーカッターを用いて約20mmの長さにカットした。カットした繊維束を、図1にあるような、炭素繊維投入口直径20mm、かつ吹き出し口直径55mm、かつ管の長さが投入口から吹き出し口まで400mmあり、かつ管内に1mmの穴を数箇所あけてあるラッパ型テーパ管内に導入し、テーバ管の前の圧縮空気圧力が0.25MPaであるようにして圧縮空気を流すことで吹き付けた後炭素繊維束の幅を、光学顕微鏡を使用して測定し、以下に分類した。
a:0.6mm未満
b:0.6mm以上
この分類を行い、a群に属する束の重量およびb群に属する束の重量を測定し、以下の式(4)を用いて、開繊率を計算した。
開繊率x = a/(a+b) ×100 (%) (4)
ここで、xが大きいほど開繊率が高いといえる。
<Evaluation test for opening of carbon fiber bundle>
The carbon fiber bundle was cut into a length of about 20 mm using a rotary cutter. As shown in FIG. 1, the cut fiber bundle has a carbon fiber inlet diameter of 20 mm, an outlet diameter of 55 mm, a pipe length of 400 mm from the inlet to the outlet, and several 1 mm holes in the pipe. Using an optical microscope, the width of the carbon fiber bundle was introduced into an open trumpet-shaped taper tube and sprayed by flowing compressed air so that the compressed air pressure before the Taber tube was 0.25 MPa. Measured and classified as follows.
a: Less than 0.6 mm b: 0.6 mm or more
This classification was performed, the weight of the bundle belonging to the group a and the weight of the bundle belonging to the group b were measured, and the fiber opening rate was calculated using the following formula (4).
Opening rate x = a / (a + b) × 100 (%) (4)
Here, it can be said that the larger the x, the higher the fiber opening rate.

<炭素繊維束を用いた引張せん断強度測定方法>
サイジングした炭素繊維束から炭素繊維束を所定の長さで2本用意し、2本の間にポリプロピレンに対してはポリプロピレンフィルム(トーセロ社製プロピレンフィルム、CPS#50)を接着部の長さ7mmで温度230℃を2分30秒、ポリアミドに対してはポリアミドフィルム(ユニチカ製エンブレム、30μm)を接着部の長さ3mmで温度260℃を2分30秒かけて接着する。所定の長さとは、接着部の長さ+50mmとし、ポリプロピレンの場合は57mm、ポリアミドの場合は53mmとなる。
この繊維束からなる試験片の両端に、#320の荒さの紙やすり2枚でそれぞれを挟むことですべり止め加工を行う(図2)。このサンプルを最終的な試験片とし、オートグラフ(島津製作所、AGS-X 5kN)を用いてJIS K6850に準拠した引張せん断強度測定を、試験速度3mm/分で荷重を与え、そのときの引張強度を測定した。同サンプルを7本測定し、その平均値を引張せん断強度とした。
<Method of measuring tensile shear strength using carbon fiber bundle>
Two carbon fiber bundles having a predetermined length are prepared from the sized carbon fiber bundles, and a polypropylene film (a propylene film manufactured by Tosello Co., CPS # 50) is bonded to the polypropylene between the two bundles. The polyamide film (Unitika emblem, 30 μm) is bonded to the polyamide at a temperature of 230 ° C. for 2 minutes and 30 seconds and a temperature of 260 ° C. for 2 minutes and 30 seconds with an adhesive portion length of 3 mm. The predetermined length is the length of the bonded portion + 50 mm, 57 mm for polypropylene and 53 mm for polyamide.
Anti-slip processing is performed by sandwiching each of two pieces of sandpaper with a roughness of # 320 at both ends of a test piece made of this fiber bundle (FIG. 2). Using this sample as the final test piece, a tensile shear strength measurement according to JIS K6850 was applied using an autograph (Shimadzu Corporation, AGS-X 5kN) at a test speed of 3 mm / min. Was measured. Seven of the samples were measured, and the average value was taken as the tensile shear strength.

<炭素繊維ランダムマット複合材料成型板の曲げ物性測定方法>
成形板から幅15mm×長さ100mmの試験片を切り出し、JIS K7074に準拠した中央荷重とする3点曲げにて評価した。支点間距離を80mmとしたr=2mmの支点上に試験片を置き、支点間中央部にr=5mmの圧子にて、試験速度5mm/分で荷重を与えた場合の最大荷重および中央たわみ量を測定し、曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
<Measurement method of bending properties of carbon fiber random mat composite molding plate>
A test piece having a width of 15 mm and a length of 100 mm was cut out from the molded plate and evaluated by three-point bending with a central load in accordance with JIS K7074. Maximum load and center deflection when a test piece is placed on a fulcrum of r = 2mm with a fulcrum distance of 80mm and a load is applied at a test speed of 5mm / min with an indenter of r = 5mm in the center between the fulcrum The bending strength and the bending elastic modulus were measured.

[実施例1]
プロピレン・スチレン共重合体(プロピレン100に対するスチレンのモル比は1)280重量部、無水マレイン酸25重量部、ジクミルパーオキサイド7重量部およびトルエン420重量部を、撹拌機を取り付けたオートクレーブ中に加え、窒素置換を約5分間行った後、加熱撹拌しながら140℃で5時間反応を行った。反応終了後、反応液を大量のメチルエチルケトン中に投入し、粗共重合ポリオレフィンを析出させた。粗共重合ポリオレフィンをさらにメチルエチルケトンで数回洗浄し、未反応の無水マレイン酸を除去したのち、減圧乾燥することにより、共重合ポリオレフィンの固形物を得た。赤外吸収スペクトルの測定結果から、無水マレイン酸の共重合比はモル比でプロピレン100に対して0.7であった。また、高温GPC測定による重量平均分子量は86000であった。
[Example 1]
280 parts by weight of propylene / styrene copolymer (molar ratio of styrene to propylene 100), 25 parts by weight of maleic anhydride, 7 parts by weight of dicumyl peroxide and 420 parts by weight of toluene were placed in an autoclave equipped with a stirrer. In addition, nitrogen substitution was performed for about 5 minutes, and then the reaction was performed at 140 ° C. for 5 hours with heating and stirring. After completion of the reaction, the reaction solution was put into a large amount of methyl ethyl ketone to precipitate a crude copolymer polyolefin. The crude copolymerized polyolefin was further washed several times with methyl ethyl ketone to remove unreacted maleic anhydride, and then dried under reduced pressure to obtain a copolymerized polyolefin solid. From the measurement result of the infrared absorption spectrum, the copolymerization ratio of maleic anhydride was 0.7 with respect to propylene 100 in molar ratio. Moreover, the weight average molecular weight by high temperature GPC measurement was 86000.

次に、共重合ポリオレフィン100重量部にトルエン400重量部を加え、攪拌しながら加温して、均一に溶解させた。一方、別の容器にポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤(花王社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル登録商標「エマルゲン103」)8重量部を水400重量部に加えて溶解させた。共重合ポリオレフィンのトルエン溶液と界面活性剤水溶液とを乳化器に入れて攪拌し、プレエマルジョンを得た。このプレエマルジョンにモルフォリンを加えて、プレエマルジョンの温度を45℃に保ち、ロータリーエバポレーターを使用して、100〜200Torrで系内のトルエンを減圧蒸留した。   Next, 400 parts by weight of toluene was added to 100 parts by weight of the copolymerized polyolefin, and the mixture was heated with stirring to be uniformly dissolved. On the other hand, 8 parts by weight of a polyoxyethylene alkyl ether surfactant (manufactured by Kao Corporation, polyoxyethylene lauryl ether registered trademark “Emulgen 103”) was added to 400 parts by weight of water and dissolved in another container. A toluene solution of copolymerized polyolefin and an aqueous surfactant solution were placed in an emulsifier and stirred to obtain a pre-emulsion. Morpholine was added to this pre-emulsion, the temperature of the pre-emulsion was maintained at 45 ° C., and toluene in the system was distilled under reduced pressure at 100 to 200 Torr using a rotary evaporator.

最終的に得られた共重合ポリオレフィン水性エマルジョンは、平均粒径0.7μmであり、ポリオレフィン100重量部に対して、水は400重量部であった。
これを、水1000重量部に対して、共重合ポリオレフィンが30重量部となるようにして攪拌したサイジング剤エマルジョンの浴に、未サイジングの炭素繊維ストランド(東邦テナックス社製、登録商標「テナックスSTS−24K N00」、直径7μm×24000フィラメント、繊度1.6g/m、引張強度4000MPa(408kgf/mm)、引張弾性率238GPa(24.3ton/mm))を連続的に浸漬させ、フィラメント間に炭素繊維用サイジング剤エマルジョンを含浸させた。これを120℃〜150℃の乾燥炉に約40秒間通し、半乾燥および熱処理とし、幅約15mmの炭素繊維束を得た。
The finally obtained copolymer polyolefin aqueous emulsion had an average particle diameter of 0.7 μm, and water was 400 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polyolefin.
The sizing agent emulsion was stirred so that the copolymerized polyolefin was 30 parts by weight with respect to 1000 parts by weight of water. 24K N00 ”, diameter 7 μm × 24000 filament, fineness 1.6 g / m, tensile strength 4000 MPa (408 kgf / mm 2 ), tensile elastic modulus 238 GPa (24.3 ton / mm 2 )) are continuously immersed between the filaments. A carbon fiber sizing agent emulsion was impregnated. This was passed through a drying furnace at 120 ° C. to 150 ° C. for about 40 seconds to be semi-dried and heat-treated to obtain a carbon fiber bundle having a width of about 15 mm.

得られた炭素繊維束中の水分量は、炭素繊維と炭素繊維に付着しているサイジング剤の重量の和100重量部に対して、13.5重量部であった。また、得られた炭素繊維束中のサイジング剤の付着量は、炭素繊維重量100重量部に対して、1.48重量部であった。
得られた炭素繊維束を2本用意し、この間にポリプロピレンフィルム(トーセロ社製プロピレンフィルム、CPS#50)を挟み、230℃で接着した後、JIS K6850に準拠して接着部の長さ7mmで引張せん断強度を測定した。その結果、表に示すように高いせん断強度を得た。
また、得られた炭素繊維束を、テーパ管内にφ1mmの穴を5ヶ所あけ、外側より0.25MPa圧力をかけ、圧縮空気を繊維束に直接吹き付けることにより開繊しつつ、テーパ管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。上述した方法にて開繊率を測定したところ、表1に示すとおり、高い開繊率が得られた。
The water content in the obtained carbon fiber bundle was 13.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the sum of the weight of the sizing agent adhering to the carbon fiber and the carbon fiber. Moreover, the adhesion amount of the sizing agent in the obtained carbon fiber bundle was 1.48 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.
Two carbon fiber bundles obtained were prepared, and a polypropylene film (Propylene film manufactured by Tosello Co., CPS # 50) was sandwiched between them and bonded at 230 ° C. Then, the length of the bonded portion was 7 mm according to JIS K6850. Tensile shear strength was measured. As a result, high shear strength was obtained as shown in the table.
Moreover, while opening the obtained carbon fiber bundle by opening five holes of φ1 mm in the taper tube, applying a pressure of 0.25 MPa from the outside, and blowing compressed air directly on the fiber bundle, the lower part of the taper tube outlet It was sprayed on the table set up in. When the spread rate was measured by the method described above, as shown in Table 1, a high spread rate was obtained.

[実施例2]
実施例1で調製したサイジング剤を用いて、実施例1と同様の炭素繊維束に連続的に浸漬させ、フィラメント間に炭素繊維用サイジング剤エマルジョンを含浸させた。これを120℃〜150℃の乾燥炉に約50秒間通し、半乾燥および熱処理とし、幅約15mmの炭素繊維束を得た。
得られた炭素繊維束中の水分量は、炭素繊維と炭素繊維に付着しているサイジング剤の重量の和100重量部に対して、6.3重量部であった。また、得られた炭素繊維束中のサイジング剤の付着量は、炭素繊維重量100重量部に対して、1.33重量部であった。
得られた炭素繊維束について、実施例1と同様に引張せん断強度を測定した。その結果、表1に示すように高いせん断強度を得た。また、得られた炭素繊維束について、実施例1と同様の方法で開繊率を測定した。結果を表1に示す。
[Example 2]
Using the sizing agent prepared in Example 1, the carbon fiber bundle was continuously dipped in the same manner as in Example 1, and the sizing agent emulsion for carbon fiber was impregnated between the filaments. This was passed through a drying furnace at 120 ° C. to 150 ° C. for about 50 seconds to be semi-dried and heat-treated to obtain a carbon fiber bundle having a width of about 15 mm.
The moisture content in the obtained carbon fiber bundle was 6.3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the sum of the weight of the carbon fiber and the sizing agent adhering to the carbon fiber. Moreover, the adhesion amount of the sizing agent in the obtained carbon fiber bundle was 1.33 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.
For the obtained carbon fiber bundle, the tensile shear strength was measured in the same manner as in Example 1. As a result, high shear strength was obtained as shown in Table 1. Further, the fiber opening rate of the obtained carbon fiber bundle was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
プロピレン・エチレン・スチレン共重合体(プロピレン100に対するエチレンのモル比は100、プロピレン100に対するスチレンのモル比は2)280重量部、無水マレイン酸70重量部、ジ―tert―ブチルパーオキサイド5.6重量部およびトルエン420重量部を用いた以外は実施例1と同様の方法により、共重合ポリオレフィンの固形物を得た。赤外吸収スペクトルの測定結果から、無水マレイン酸の共重合比はモル比でプロピレン100に対して0.8であった。また、高温GPC測定による重量平均分子量は82000であった。そして、実施例1と同様の方法で共重合ポリオレフィンエマルジョンを調製し、得られた共重合ポリオレフィンエマルジョンを実施例1と同様の炭素繊維束に連続的に浸漬させ、フィラメント間に炭素繊維用サイジング剤エマルジョンを含浸させた。これを120℃〜150℃の乾燥炉に約40秒間通し、半乾燥および熱処理とし、幅約15mmの炭素繊維束を得た。
[Example 3]
Propylene / ethylene / styrene copolymer (molar ratio of ethylene to propylene 100 is 100, molar ratio of styrene to propylene 100 is 2) 280 parts by weight, maleic anhydride 70 parts by weight, di-tert-butyl peroxide 5.6 A solid material of copolymerized polyolefin was obtained in the same manner as in Example 1 except that 420 parts by weight of toluene and 420 parts by weight of toluene were used. From the measurement result of the infrared absorption spectrum, the copolymerization ratio of maleic anhydride was 0.8 with respect to propylene 100 in molar ratio. Moreover, the weight average molecular weight by high temperature GPC measurement was 82000. Then, a copolymerized polyolefin emulsion was prepared in the same manner as in Example 1, and the obtained copolymerized polyolefin emulsion was continuously immersed in the same carbon fiber bundle as in Example 1, and a sizing agent for carbon fibers between the filaments. The emulsion was impregnated. This was passed through a drying furnace at 120 ° C. to 150 ° C. for about 40 seconds to be semi-dried and heat-treated to obtain a carbon fiber bundle having a width of about 15 mm.

得られた炭素繊維束中の水分量は、炭素繊維と炭素繊維に付着しているサイジング剤の重量の和100重量部に対して、14.7重量部であった。また、得られた炭素繊維束中のサイジング剤の付着量は、炭素繊維100重量部に対して、1.56重量部であった。
得られた炭素繊維束について、実施例1と同様に引張せん断強度を測定した。その結果、表1に示すように高いせん断強度を得た。また、得られた炭素繊維束について、実施例1と同様の方法で開繊率を測定した。結果を表1に示す。
The moisture content in the obtained carbon fiber bundle was 14.7 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the sum of the weight of the sizing agent adhering to the carbon fiber and the carbon fiber. Moreover, the adhesion amount of the sizing agent in the obtained carbon fiber bundle was 1.56 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.
For the obtained carbon fiber bundle, the tensile shear strength was measured in the same manner as in Example 1. As a result, high shear strength was obtained as shown in Table 1. Further, the fiber opening rate of the obtained carbon fiber bundle was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
70Lのオートクレーブにε−カプロラクタム27kg、アジピン酸ヘキサメチレンアンモニウム塩の50%水溶液を6kgを仕込み、重合槽内を窒素置換したのち、密閉して180℃まで昇温し、次いで攪拌しながら重合槽内を17.5kgf/cmに調圧しながら、重合槽内温度を240℃まで昇温した。重合温度が240℃に達して2時間後に重合槽内の圧力を約2時間かけて常圧に放圧した。放圧後、窒素気流下で1時間重合したあと、2時間減圧重合を行った。窒素を導入して常圧に復圧後、攪拌機を止めて、ストランドとして抜き出しペレット化し、沸水を用いて未反応モノマーを抽出除去して乾燥した。このときの共重合比は、6/66=90/10(重量比)であった。
[Example 4]
A 70 L autoclave was charged with 27 kg of ε-caprolactam and 6 kg of 50% aqueous solution of hexamethyleneammonium adipate, and the inside of the polymerization tank was purged with nitrogen, then sealed and heated to 180 ° C. Was adjusted to 17.5 kgf / cm 2, and the temperature in the polymerization tank was raised to 240 ° C. Two hours after the polymerization temperature reached 240 ° C., the pressure in the polymerization tank was released to normal pressure over about 2 hours. After releasing the pressure, polymerization was performed for 1 hour in a nitrogen stream, and then, vacuum polymerization was performed for 2 hours. After introducing nitrogen and returning to normal pressure, the stirrer was stopped, the strand was extracted and pelletized, and the unreacted monomer was extracted and removed using boiling water and dried. The copolymerization ratio at this time was 6/66 = 90/10 (weight ratio).

このようにして得られた6/66二元共重合ポリアミド樹脂120g、水179.6gおよび水酸化ナトリウム0.4gを、撹拌機を取り付けたオートクレーブ中に加え、回転数500rpmの状態を保持して150℃まで昇温させ、150℃になった状態で30分間反応を行った。反応終了後、そのまま50℃まで冷却して、ポリアミド樹脂水性分散液を取り出した。得られたポリアミド樹脂水性分散液の樹脂濃度は、水性分散液100重量部に対して40重量部であった。最後に、得られたポリアミド樹脂水性分散液75gと、別途、アニオン性界面活性剤として、25重量部に調整したラウリル硫酸アンモニウム水溶液3.0gとを混合し、ポリアミド樹脂組成物の水性分散液を得た。これを、水1000重量部に対して、共重合ポリアミドが30重量部となるようにして攪拌してサイジング剤エマルジョンを調製し、得られた共重合ポリアミドエマルジョンを実施例1と同様の炭素繊維束に連続的に浸漬させ、フィラメント間に炭素繊維用サイジング剤エマルジョンを含浸させた。これを120℃〜150℃の乾燥炉に約40秒間通し、半乾燥および熱処理とし、幅約15mmの炭素繊維束を得た。   120 g of 6/66 binary copolymer polyamide resin thus obtained, 179.6 g of water and 0.4 g of sodium hydroxide were added into an autoclave equipped with a stirrer, and the state at a rotation speed of 500 rpm was maintained. The temperature was raised to 150 ° C., and the reaction was carried out for 30 minutes at 150 ° C. After completion of the reaction, it was cooled to 50 ° C. as it was, and the polyamide resin aqueous dispersion was taken out. The resin concentration of the obtained aqueous polyamide resin dispersion was 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aqueous dispersion. Finally, 75 g of the obtained aqueous polyamide resin dispersion and 3.0 g of an aqueous ammonium lauryl sulfate solution adjusted to 25 parts by weight as an anionic surfactant are mixed to obtain an aqueous dispersion of the polyamide resin composition. It was. This was stirred so that the copolymerized polyamide was 30 parts by weight with respect to 1000 parts by weight of water to prepare a sizing agent emulsion, and the resulting copolymerized polyamide emulsion was used in the same carbon fiber bundle as in Example 1. The carbon fiber sizing agent emulsion was impregnated between the filaments. This was passed through a drying furnace at 120 ° C. to 150 ° C. for about 40 seconds to be semi-dried and heat-treated to obtain a carbon fiber bundle having a width of about 15 mm.

得られた炭素繊維束中の水分量は、炭素繊維と炭素繊維に付着しているサイジング剤の重量の和100重量部に対して、16.7重量部であった。また、得られた炭素繊維束中のサイジング剤の付着量は、炭素繊維100重量部に対して、1.70重量部であった。
得られた炭素繊維束について、使用フィルムをユニチカ製エンブレム(30μm厚)で接着幅3mmとした以外は実施例1と同様に、引張せん断強度を測定した。その結果、表1に示すように高いせん断強度を得た。
また、得られた炭素繊維束について、開繊率を測定した。結果を表1に示す。
The moisture content in the obtained carbon fiber bundle was 16.7 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the sum of the weight of the sizing agent adhering to the carbon fiber and the carbon fiber. Moreover, the adhesion amount of the sizing agent in the obtained carbon fiber bundle was 1.70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.
For the obtained carbon fiber bundle, the tensile shear strength was measured in the same manner as in Example 1 except that the film used was made of Unitika emblem (30 μm thickness) and the adhesion width was 3 mm. As a result, high shear strength was obtained as shown in Table 1.
Moreover, the fiber opening rate was measured about the obtained carbon fiber bundle. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
水1000重量に対し部共重合ポリオレフィンが20重量部となるように調製した以外は実施例1と同様にサイジング剤エマルジョンを得た。攪拌したサイジング剤エマルジョンの浴に、未サイジングの炭素繊維ストランド(東邦テナックス社製、登録商標「テナックスSTS−24K N00」、直径7μm×24000フィラメント、繊度1.6g/m、引張強度4000MPa(408kgf/mm)、引張弾性率238GPa(24.3ton/mm))を連続的に浸漬させ、フィラメント間に炭素繊維用サイジング剤エマルジョンを含浸させた。これを150〜180℃の乾燥炉に約60秒間通し、完全乾燥・熱処理とし(水分なし)、幅約15mmの炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束中のサイジング剤の付着量は、炭素繊維100重量部に対して、1.28重量部であった。
得られた炭素繊維束について、実施例1と同様に引張せん断強度を測定した。その結果、表1に示すように高いせん断強度を得た。また、得られた炭素繊維束について、開繊率を測定した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
A sizing agent emulsion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the partially copolymerized polyolefin was 20 parts by weight with respect to 1000 parts by weight of water. To a stirred sizing agent bath, unsized carbon fiber strand (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., registered trademark “Tenax STS-24K N00”, diameter 7 μm × 24000 filament, fineness 1.6 g / m, tensile strength 4000 MPa (408 kgf / mm 2 ) and tensile modulus 238 GPa (24.3 ton / mm 2 )) were continuously dipped, and the sizing agent emulsion for carbon fiber was impregnated between the filaments. This was passed through a drying furnace at 150 to 180 ° C. for about 60 seconds to complete drying and heat treatment (no moisture) to obtain a carbon fiber bundle having a width of about 15 mm. The adhesion amount of the sizing agent in the obtained carbon fiber bundle was 1.28 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.
For the obtained carbon fiber bundle, the tensile shear strength was measured in the same manner as in Example 1. As a result, high shear strength was obtained as shown in Table 1. Moreover, the fiber opening rate was measured about the obtained carbon fiber bundle. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
水1000重量部に対し共重合ポリオレフィンが20重量部となるように調製した以外は実施例3と同様にサイジング剤エマルジョンを得た。攪拌したサイジング剤エマルジョンの浴に、未サイジングの炭素繊維ストランド(東邦テナックス社製、登録商標「テナックスSTS−24K N00」、直径7μm×24000フィラメント、繊度1.6g/m、引張強度4000MPa(408kgf/mm)、引張弾性率238GPa(24.3ton/mm))を連続的に浸漬させ、フィラメント間に炭素繊維用サイジング剤エマルジョンを含浸させた。これを150〜180℃の乾燥炉に約60秒間通し、完全乾燥・熱処理とし(水分なし)、幅約15mmの炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束中のサイジング剤の付着量は、炭素繊維100重量部に対して、1.33重量部であった。
得られた炭素繊維束について、実施例1と同様に引張せん断強度を測定した。その結果、表1に示すように高いせん断強度を得た。また、得られた炭素繊維束について、開繊率を測定した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
A sizing agent emulsion was obtained in the same manner as in Example 3 except that the copolymerized polyolefin was 20 parts by weight with respect to 1000 parts by weight of water. To a stirred sizing agent bath, unsized carbon fiber strand (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., registered trademark “Tenax STS-24K N00”, diameter 7 μm × 24000 filament, fineness 1.6 g / m, tensile strength 4000 MPa (408 kgf / mm 2 ) and tensile modulus 238 GPa (24.3 ton / mm 2 )) were continuously dipped, and the sizing agent emulsion for carbon fiber was impregnated between the filaments. This was passed through a drying furnace at 150 to 180 ° C. for about 60 seconds to complete drying and heat treatment (no moisture) to obtain a carbon fiber bundle having a width of about 15 mm. The adhesion amount of the sizing agent in the obtained carbon fiber bundle was 1.33 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.
For the obtained carbon fiber bundle, the tensile shear strength was measured in the same manner as in Example 1. As a result, high shear strength was obtained as shown in Table 1. Moreover, the fiber opening rate was measured about the obtained carbon fiber bundle. The results are shown in Table 1.

[比較例3]
水1000重量部に対し共重合ポリオレフィンが20重量部となるように調製した以外は実施例1と同様にサイジング剤エマルジョンを得た。攪拌したサイジング剤エマルジョンの浴に、未サイジングの炭素繊維ストランド(東邦テナックス社製、登録商標「テナックスSTS−24K N00」、直径7μm×24000フィラメント、繊度1.6g/m、引張強度4000MPa(408kgf/mm)、引張弾性率238GPa(24.3ton/mm))を連続的に浸漬させ、フィラメント間に炭素繊維用サイジング剤エマルジョンを含浸させた。これを150〜180℃の乾燥炉に約25秒間通し、半乾燥および熱処理とし、幅約14mmの炭素繊維束を得た。
得られた炭素繊維束中の水分量は、炭素繊維と炭素繊維に付着しているサイジング剤の重量の和100重量部に対して、29.5重量部であった。また、得られた炭素繊維束中のサイジング剤の付着量は、炭素繊維100重量部に対して、1.70重量部であった。得られた炭素繊維束について、実施例1と同様に引張せん断強度を測定した。その結果、表1に示すように高いせん断強度を得た。
また、得られた炭素繊維束について、実施例1と同様の方法で開繊率を測定しようとしたが、試料を得る段階で装置に炭素繊維束が巻き付き、試料の作製ができなかった。
[Comparative Example 3]
A sizing agent emulsion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the copolymerized polyolefin was adjusted to 20 parts by weight with respect to 1000 parts by weight of water. To a stirred sizing agent bath, unsized carbon fiber strand (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., registered trademark “Tenax STS-24K N00”, diameter 7 μm × 24000 filament, fineness 1.6 g / m, tensile strength 4000 MPa (408 kgf / mm 2 ) and tensile modulus 238 GPa (24.3 ton / mm 2 )) were continuously dipped, and the sizing agent emulsion for carbon fiber was impregnated between the filaments. This was passed through a drying furnace at 150 to 180 ° C. for about 25 seconds to be semi-dried and heat-treated to obtain a carbon fiber bundle having a width of about 14 mm.
The water content in the obtained carbon fiber bundle was 29.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the sum of the weight of the sizing agent adhering to the carbon fiber and the carbon fiber. Moreover, the adhesion amount of the sizing agent in the obtained carbon fiber bundle was 1.70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers. For the obtained carbon fiber bundle, the tensile shear strength was measured in the same manner as in Example 1. As a result, high shear strength was obtained as shown in Table 1.
Further, for the obtained carbon fiber bundle, an attempt was made to measure the fiber opening rate by the same method as in Example 1. However, the carbon fiber bundle was wound around the apparatus at the stage of obtaining the sample, and the sample could not be produced.

[比較例4]
水1000重量部に対し実施例4と同じ共重合ポリアミドが20重量部となるように調製した以外は実施例1と同様にサイジング剤エマルジョンを得た。サイジング剤エマルジョンの浴に、未サイジングの炭素繊維ストランド(東邦テナックス社製、登録商標「テナックスSTS−24K N00」、直径7μm×24000フィラメント、繊度1.6g/m、引張強度4000MPa(408kgf/mm)、引張弾性率238GPa(24.3ton/mm))を連続的に浸漬させ、フィラメント間に炭素繊維用サイジング剤エマルジョンを含浸させた。これを150〜180℃の乾燥炉に約60秒間通し、完全乾燥・熱処理とし、幅約13mmの炭素繊維束を得た。
得られた炭素繊維束中のサイジング剤の付着量は、炭素繊維100重量部に対して、1.15重量部であった。
得られた炭素繊維束について、実施例4と同様に引張せん断強度を測定した。その結果、表1に示すように高いせん断強度を得た。
また、得られた炭素繊維束について、実施例1と同様の方法で開繊率を測定した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 4]
A sizing agent emulsion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the same copolymerized polyamide as in Example 4 was prepared to 20 parts by weight with respect to 1000 parts by weight of water. In a sizing agent emulsion bath, an unsized carbon fiber strand (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., registered trademark “Tenax STS-24K N00”, diameter 7 μm × 24000 filament, fineness 1.6 g / m, tensile strength 4000 MPa (408 kgf / mm 2 ), And a tensile elastic modulus of 238 GPa (24.3 ton / mm 2 )) was continuously immersed, and a sizing agent emulsion for carbon fiber was impregnated between the filaments. This was passed through a drying furnace at 150 to 180 ° C. for about 60 seconds to complete drying and heat treatment to obtain a carbon fiber bundle having a width of about 13 mm.
The adhesion amount of the sizing agent in the obtained carbon fiber bundle was 1.15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.
For the obtained carbon fiber bundle, the tensile shear strength was measured in the same manner as in Example 4. As a result, high shear strength was obtained as shown in Table 1.
Further, the fiber opening rate of the obtained carbon fiber bundle was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

[比較例5]
実施例1と同じ共重合ポリオレフィンに、同様の操作で添加するノニオン系界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤(花王社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル登録商標「エマルゲン103」)の量を、共重合ポリオレフィン100重量部に対して、100重量部となるように添加した以外は、実施例1と同様にして、エマルジョンを得た。
これを、水1000重量部に対して、共重合ポリオレフィンが20重量部となるようにして攪拌したサイジング剤エマルジョンの浴に、未サイジングの炭素繊維ストランド(東邦テナックス社製、登録商標「テナックスSTS−24K N00」、直径7μm×24000フィラメント、繊度1.6g/m、引張強度4000MPa(408kgf/mm)、引張弾性率238GPa(24.3ton/mm))を連続的に浸漬させ、フィラメント間に炭素繊維用サイジング剤エマルジョンを含浸させた。これを120℃〜150℃の乾燥炉に約60秒間通し、完全乾燥および熱処理とし(水分なし)、幅約14mmの炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束中のサイジング剤の付着量は、炭素繊維100重量部に対して、1.20重量部であった。
また、得られた炭素繊維束について、実施例1と同様に引張せん断強度を測定した。その結果、表1に示すように、実施例1や2と比べて若干低いせん断強度を得た。
さらに、得られた炭素繊維束について、開繊率を測定した。結果を表1に示す。界面活性剤を多量に含ませたことにより、開繊率の向上が見られた。
[Comparative Example 5]
Polyoxyethylene alkyl ether surfactant (trade name “Emulgen 103” manufactured by Kao Corporation), which is a nonionic surfactant that is added to the same copolymerized polyolefin as in Example 1 by the same operation. An emulsion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount was added so as to be 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the copolymerized polyolefin.
This was mixed with a non-sized carbon fiber strand (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., registered trademark "Tenax STS- 24K N00 ”, diameter 7 μm × 24000 filament, fineness 1.6 g / m, tensile strength 4000 MPa (408 kgf / mm 2 ), tensile elastic modulus 238 GPa (24.3 ton / mm 2 )) are continuously immersed between the filaments. A carbon fiber sizing agent emulsion was impregnated. This was passed through a drying furnace at 120 ° C. to 150 ° C. for about 60 seconds to complete drying and heat treatment (no moisture), and a carbon fiber bundle having a width of about 14 mm was obtained. The adhesion amount of the sizing agent in the obtained carbon fiber bundle was 1.20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.
Further, the tensile shear strength of the obtained carbon fiber bundle was measured in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 1, a slightly lower shear strength was obtained as compared with Examples 1 and 2.
Furthermore, the fiber-opening rate was measured about the obtained carbon fiber bundle. The results are shown in Table 1. An increase in the fiber opening rate was observed by including a large amount of the surfactant.

[実施例5]
マトリックス樹脂として、プライムポリマー製のポリプロピレン“プライムポリプロJ108M”(登録商標)ペレットを冷凍粉砕し、更に、20メッシュ、及び30メッシュにて分級した平均粒径約1mmパウダーを用意し、実施例1で得られた炭素繊維束を16mmにカットしたもの、およびポリプロピレンパウダーを、炭素繊維の供給量を450g/min、ポリプロピレンパウダーの供給量を550g/minにセットしてテーパー管内に導入した。
テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、ポリプロピレンパウダーとともにテーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。散布された炭素繊維およびポリプロピレンパウダーを、テーブル下部よりブロワにて吸引し、定着させて、厚み5mm程度の炭素繊維ランダムマットを得た。
得られた炭素繊維ランダムマットを、240℃に加熱したプレス装置にて、3MPaにて5分間加熱し、目付け2350g/m、厚み2.0mm、繊維体積含有率30Vol%の炭素繊維ランダムマット複合材料成型板を得た。これを、JIS7074に準拠した曲げ試験片とし、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。結果を表2に示す。
[Example 5]
As a matrix resin, a prime polymer polypropylene “Prime Polypro J108M” (registered trademark) pellets were frozen and ground, and powders having an average particle size of about 1 mm classified by 20 mesh and 30 mesh were prepared. The obtained carbon fiber bundle cut into 16 mm and polypropylene powder were introduced into a tapered tube with the carbon fiber supply rate set to 450 g / min and the polypropylene powder supply rate set to 550 g / min.
While blowing the air onto the carbon fiber in the tapered tube to partially open the fiber bundle, it was sprayed on a table installed at the bottom of the tapered tube outlet together with the polypropylene powder. The dispersed carbon fiber and polypropylene powder were sucked from the lower part of the table with a blower and fixed to obtain a carbon fiber random mat having a thickness of about 5 mm.
The obtained carbon fiber random mat was heated for 5 minutes at 3 MPa in a press apparatus heated to 240 ° C., and a carbon fiber random mat composite having a basis weight of 2350 g / m 2 , a thickness of 2.0 mm, and a fiber volume content of 30 Vol%. A material molding board was obtained. This was made into the bending test piece based on JIS7074, and the bending strength and the bending elastic modulus were measured. The results are shown in Table 2.

[実施例6]
実施例2で得られた炭素繊維束を用いる以外は実施例5と同様の方法でランダムマット複合材料成形板を得た。これを、JIS7074に準拠した曲げ試験片とし、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。結果を表2に示す。
[Example 6]
A random mat composite material molded plate was obtained in the same manner as in Example 5 except that the carbon fiber bundle obtained in Example 2 was used. This was made into the bending test piece based on JIS7074, and the bending strength and the bending elastic modulus were measured. The results are shown in Table 2.

[実施例7]
実施例3で得られた炭素繊維束を用いる以外は実施例5と同様の方法でランダムマット複合材料成形板を得た。これを、JIS7074に準拠した曲げ試験片とし、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。結果を表2に示す。
[Example 7]
A random mat composite material molded plate was obtained in the same manner as in Example 5 except that the carbon fiber bundle obtained in Example 3 was used. This was made into the bending test piece based on JIS7074, and the bending strength and the bending elastic modulus were measured. The results are shown in Table 2.

[実施例8]
実施例4で得られた炭素繊維束を16mmにカットしたもの、およびユニチカ製“A1030FP”PA6樹脂パウダーを、炭素繊維の供給量を450g/min、PA6樹脂パウダーの供給量を690g/minにセットしてテーパ管内に導入した。
テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、PA6樹脂パウダーとともにテーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。散布された炭素繊維およびPA6樹脂パウダーを、テーブル下部よりブロワにて吸引し、定着させて、厚み5mm程度の炭素繊維ランダムマットを得た。
得られた炭素繊維ランダムマットを、260℃に加熱したプレス装置にて、3MPaにて5分間加熱し、目付け2600g/m、厚み2.0mm、繊維体積含有率30Vol%の炭素繊維ランダムマット複合材料成型板を得た。これを、JIS7074に準拠した曲げ試験片とし、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。結果を表2に示す。
[Example 8]
The carbon fiber bundle obtained in Example 4 was cut to 16 mm, and Unitika's “A1030FP” PA6 resin powder was set at a carbon fiber supply rate of 450 g / min and a PA6 resin powder supply rate of 690 g / min. And introduced into the taper tube.
While the fiber bundle was partially opened by blowing air onto the carbon fiber in the taper tube, it was sprayed on a table installed at the lower part of the taper tube outlet together with PA6 resin powder. The dispersed carbon fibers and PA6 resin powder were sucked from the bottom of the table with a blower and fixed to obtain a carbon fiber random mat having a thickness of about 5 mm.
The obtained carbon fiber random mat is heated at 260 ° C. for 5 minutes at 3 MPa, and a carbon fiber random mat composite having a basis weight of 2600 g / m 2 , a thickness of 2.0 mm, and a fiber volume content of 30 Vol%. A material molding board was obtained. This was made into the bending test piece based on JIS7074, and the bending strength and the bending elastic modulus were measured. The results are shown in Table 2.

[比較例6]
比較例1で得られた炭素繊維束を用いること以外は実施例5と同様の方法でランダムマット複合材料成形板を得た。これを、JIS7074に準拠した曲げ試験片とし、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。結果を表2に示す。
[Comparative Example 6]
A random mat composite material molded plate was obtained in the same manner as in Example 5 except that the carbon fiber bundle obtained in Comparative Example 1 was used. This was made into the bending test piece based on JIS7074, and the bending strength and the bending elastic modulus were measured. The results are shown in Table 2.

[比較例7]
比較例2で得られた炭素繊維束を用いること以外は実施例5と同様の方法でランダムマット複合材料成形板を得た。これを、JIS7074に準拠した曲げ試験片とし、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。結果を表2に示す。
[Comparative Example 7]
A random mat composite material molded plate was obtained in the same manner as in Example 5 except that the carbon fiber bundle obtained in Comparative Example 2 was used. This was made into the bending test piece based on JIS7074, and the bending strength and the bending elastic modulus were measured. The results are shown in Table 2.

[比較例8]
比較例3で得られた炭素繊維束を用いて、実施例5と同様の方法でランダムマット複合材料成形板を得ようとしたが、プロセスの途中で、比較例3と同様に、炭素繊維束が装置に巻きつき、正常なランダムマットを得られなかった。
[Comparative Example 8]
Using the carbon fiber bundle obtained in Comparative Example 3, an attempt was made to obtain a random mat composite material molded plate in the same manner as in Example 5. However, in the middle of the process, as in Comparative Example 3, the carbon fiber bundle was obtained. Wraps around the device and a normal random mat could not be obtained.

[比較例9]
比較例4で得られた炭素繊維束を用いること以外は実施例5と同様の方法でランダムマット複合材料成形板を得た。これを、JIS7074に準拠した曲げ試験片とし、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。結果を表2に示す。
[Comparative Example 9]
A random mat composite material molded plate was obtained in the same manner as in Example 5 except that the carbon fiber bundle obtained in Comparative Example 4 was used. This was made into the bending test piece based on JIS7074, and the bending strength and the bending elastic modulus were measured. The results are shown in Table 2.

[比較例10]
比較例5で得られた炭素繊維束を用いること以外は実施例5と同様の方法でランダムマット複合材料成形板を得た。これを、JIS7074に準拠した曲げ試験片とし、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。結果を表2に示す。
[Comparative Example 10]
A random mat composite material molded plate was obtained in the same manner as in Example 5 except that the carbon fiber bundle obtained in Comparative Example 5 was used. This was made into the bending test piece based on JIS7074, and the bending strength and the bending elastic modulus were measured. The results are shown in Table 2.

Claims (7)

炭素繊維束に、界面活性剤を含むサイジング剤と水とからなる分散液を付与し、水の含有量が炭素繊維100重量部に対し、1〜20重量部とする乾燥工程を経て、それを開繊工程に供する、開繊された炭素繊維束の製造方法。   A carbon fiber bundle is provided with a dispersion composed of a sizing agent containing a surfactant and water, and the water content is 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. A method for producing an opened carbon fiber bundle, which is subjected to an opening process. 炭素繊維束100重量部に対して、サイジング剤が0.01〜10重量部付着するように分散液を付与する、請求項1に記載の開繊された炭素繊維束の製造方法。   The manufacturing method of the opened carbon fiber bundle of Claim 1 which provides a dispersion liquid so that 0.01-10 weight part of sizing agents may adhere with respect to 100 weight part of carbon fiber bundles. サイジング剤が、樹脂固形分100重量部に対し界面活性剤を0.01〜8重量部を含有する請求項1または2に記載の開繊された炭素繊維束の製造方法。   The method for producing an opened carbon fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein the sizing agent contains 0.01 to 8 parts by weight of a surfactant with respect to 100 parts by weight of the resin solid content. サイジング剤の付着量が、炭素繊維100重量部に対して、0.01〜10重量部である、請求項1〜3のいずれかに記載の方法で得られる開繊された炭素繊維束。   The opened carbon fiber bundle obtained by the method according to any one of claims 1 to 3, wherein an adhesion amount of the sizing agent is 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers. 炭素繊維束を20mmにカットし、炭素繊維投入口直径20mm、かつ吹き出し口直径55mm、かつ管の長さが投入口から吹き出し口まで400mmであるテーパ管内に導入し、テーバ管に導入する圧縮空気圧力が0.25MPaであるようにして圧縮空気を流すことで吹き付けた後の繊維全体中に存在する幅0.6mm未満の繊維束の重量割合を開繊率とするとき、該開繊率が40%以上の請求項4に記載の開繊された炭素繊維束。   Compressed air that is cut into a 20 mm fiber bundle, introduced into a tapered tube having a carbon fiber inlet diameter of 20 mm, an outlet diameter of 55 mm, and a length of 400 mm from the inlet to the outlet. When the weight ratio of the fiber bundle having a width of less than 0.6 mm present in the whole fiber after being blown by flowing compressed air so that the pressure is 0.25 MPa is defined as the opening ratio, the opening ratio is The spread carbon fiber bundle according to claim 4, which is 40% or more. 請求項4〜5のいずれかに記載の開繊された炭素繊維束より得られる炭素繊維製品。   A carbon fiber product obtained from the opened carbon fiber bundle according to any one of claims 4 to 5. ランダムマットである、請求項6に記載の炭素繊維製品。   The carbon fiber product according to claim 6, which is a random mat.
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