碳纤维用上浆剂、其水分散液、上浆处理过的碳纤维、使用该碳纤维的片状物和碳纤维强化复合材料制造技术

本发明专利技术提供含有以下成分（Ａ）和成分（Ｂ），或成分（Ａ’）、成分（Ｂ’）和成分（Ｄ）的碳纤维用上浆剂。成分（Ａ）：分子中含有１个或其以上环氧基，表面能为１７～３４ｍＪ／ｍ２的环氧化合物、成分（Ｂ）：分子中含有１个或其以上环氧基，表面能为３５ｍＪ／ｍ２或其以上的环氧化合物；成分（Ａ’）：分子中含有２个或其以上环氧基，表面能为１７～３４ｍＪ／ｍ↑［２］的环氧化合物；成分（Ｂ’）：分子中含有２个或其以上环氧基，表面能为３５ｍＪ／ｍ↑［２］或其以上的环氧化合物；以及成分（Ｄ）：以铵离子作为对离子，以烯化氧加成量为１０摩尔或其以下的芳氧基作为疏水基的阴离子表面活性剂。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳纤维用上浆剂、其水分散液、上浆处理过的碳纤维、使用该碳纤维的片状物和碳纤维强化复合材料。
技术介绍
由于碳纤维伸缩度小且具有脆性，因此由机械摩擦等容易产生毛刺，而且其对基质树脂也缺乏润湿性，因此将碳纤维作为强化复合材料的强化材料使用时，不能充分发挥出该碳纤维作为强化材料的优异性能。为了对上述缺陷进行改进，一直采用上浆剂对碳纤维进行上浆处理的方式，并试图用各种化合物作上浆剂使用。例如在特开昭61-28074号公报中，公开了将双酚型聚亚烷基醚环氧化合物类作为少量乳化剂使用，形成水性乳剂，并将其施用在碳纤维上的方法。在特开昭50-59589号公报中，说明了将包含聚缩水甘油醚类的上浆剂的溶剂溶液施用在碳纤维上的方法。上述包含双酚型聚亚烷基醚环氧化合物类的上浆剂由于是在形成水性乳剂后使用，因此在工业操作性和安全性方面具有非常优异的性能，而且发现由于其为分子中具有聚亚烷基醚链的化合物，因此与水的亲和性良好，此外还由于是具有环氧基的化合物，因此对于作为基质的树脂具有优异的粘接性。但是，该包含双酚型聚亚烷基醚环氧化合物类的上浆剂，由于在该化合物中有聚亚烷基醚链，因此所得的碳纤维强化复合材料的剪切特性的表现性不足。而且该上浆剂的耐热性低，例如已知即使是采用该上浆剂处理过的碳纤维与180℃固化型的基质树脂复合得到的碳纤维强化复合材料，其耐热性也较低。另外，在使用非离子表面活性剂作为乳化剂时，非离子表面活性剂大多具有聚氧化乙烯，这也是造成碳纤维强化复合材料耐热性差的原因。另一方面，作为后者包含聚缩水甘油醚类的上浆剂，由于将其溶剂溶液作为上浆溶液使用，因此与前者水性上浆剂相比，其缺陷是在上浆工序中工业操作性和安全性等方面较差。特别是包含双酚A型缩水甘油醚的上浆剂在完全不含乳化剂的状态下与基质树脂之间的润湿性差，不能得到良好的碳纤维强化复合材料。专利技术的公开本专利技术的目的是解决上述现有技术中的问题，提供可得到具备对碳纤维具有良好的基质树脂渗透性、赋予其与该基质树脂之间良好的粘接性，具有稳定的工序通过性以及物理特性改善效果的碳纤维的碳纤维用上浆剂、其水分散液、由该上浆剂上浆处理过的碳纤维、使用该碳纤维的片状物和以上浆剂上浆处理过的碳纤维作为强化材料的碳纤维强化复合材料。上述目的通过具有以下所述构成的本专利技术的碳纤维用上浆剂、其水分散液、上浆处理过的碳纤维、使用该碳纤维的片状物和碳纤维强化复合材料达到。即，本专利技术的碳纤维用上浆剂具有100质量份的以下成分(A)和10～75质量份的成分(B)，而且在碳纤维用上浆剂中成分(A)和成分(B)之和占所有成分的50质量％或其以上成分(A)在125℃的表面能为17～34mJ/m2的分子中至少含有1个环氧基的化合物；和成分(B)在125℃的表面能为35mJ/m2或其以上的分子中至少含有1个环氧基的化合物。构成上述成分(A)的化合物优选为分子中至少含有2个环氧基的化合物形成的成分(A’)。另一种本专利技术的碳纤维用上浆剂含有以下成分(A’)、成分(B’)和成分(D)，对于100质量份的成分(A’)，成分(B’)为10～75质量份，而且在碳纤维用上浆剂中成分(A’)和成分(B’)之和占所有成分的50质量％或其以上，成分(D)占所有成分的8～30质量％。成分(A’)在125℃的表面能为17～34mJ/m2的分子中至少含有2个环氧基的化合物；成分(B)在125℃的表面能为35mJ/m2或其以上的分子中至少含有2个环氧基的化合物；以及成分(D)以铵离子作为对离子，以烯化氧加成量为10摩尔或其以下的芳氧基作为疏水基的阴离子表面活性剂。本专利技术的水分散液为碳纤维上浆用的水分散液，其是用表面活性剂将含有100质量份以下成分(A)和10～75质量份成分(B)、且成分(A)和成分(B)之和占所有成分的50质量％或其以上的碳纤维用上浆剂分散在水中形成的水分散液。成分(A)在125℃的表面能为17～34mJ/m2的分子中至少含有1个环氧基的化合物；成分(B)在125℃的表面能为35mJ/m2或其以上的分子中至少含有1个环氧基的化合物。另一种本专利技术的碳纤维上浆用水分散液是将一种碳纤维用上浆剂分散在水中形成的，该碳纤维用上浆剂含有以下成分(A’)、成分(B’)和成分(D)，对于100质量份的成分(A’)，成分(B’)为1 0～75质量份，而且成分(A’)和成分(B’)之和占所有成分的50质量％或其以上，且成分(D)占所有成分的8～30质量％。成分(A’)在125℃的表面能为17～34mJ/m2的分子中至少含有2个环氧基的化合物。成分(B’)在125℃的表面能为35mJ/m2或其以上的分子中至少含有2个环氧基的化合物。成分(D)以铵离子作为对离子，以烯化氧加成量为10摩尔或其以下的芳氧基作为疏水基的阴离子表面活性剂。本专利技术的上浆处理过的碳纤维是由碳纤维表面上附着有碳纤维用上浆剂(1)或(2)的碳纤维形成的，(1)含有100质量份以下成分(A)和10～75质量份成分(B)、且成分(A)和成分(B)之和占所有成分的50质量％或其以上的碳纤维用上浆剂，或(2)含有以下成分(A’)、成分(B’)和成分(D)，对于100质量份的成分(A’)，成分(B’)为10～75质量份，而且成分(A’)和成分(B’)之和占所有成分的50质量％或其以上，成分(D)占所有成分的8～30质量％。成分(A)在125℃的表面能为17～34mJ/m2的分子中至少含有1个环氧基的化合物。成分(B)在125℃的表面能为35mJ/m2或其以上的分子中至少含有1个环氧基的化合物。成分(A’)在125℃的表面能为17～34mJ/m2的分子中至少含有2个环氧基的化合物。成分(B’)在125℃的表面能为35m J/m2或其以上的分子中至少含有2个环氧基的化合物。成分(D)以铵离子作为对离子，以烯化氧加成量为10摩尔或其以下的芳氧基作为疏水基的阴离子表面活性剂。在上述上浆处理过的碳纤维中，在碳纤维表面上附着的碳纤维用上浆剂的量优选为碳纤维的0.1～5.0质量％。使用本专利技术的碳纤维的片状物是使用上述上浆处理过的碳纤维构成的片状物形成的。另外，本专利技术的碳纤维强化复合材料是由包含上述上浆处理过的碳纤维作为强化材料的碳纤维强化复合材料，或者是包含使用该上浆处理过的碳纤维构成的片状物作为强化材料的碳纤维强化复合材料形成的。上述本专利技术的碳纤维强化复合材料优选是采用RTM(树脂转移模塑)、VARTM(真空辅助树脂转移模塑)或RI(树脂注入)法形成的成形体。实施专利技术的最佳形式本专利技术的碳纤维用上浆剂为(1)含有100质量份在125℃的表面能为17～34mJ/m2的、分子中至少含有1个环氧基的化合物形成的成分(A)和10～75质量份在125℃的表面能为35mJ/m2或其以上的、分子中至少含有1个环氧基的化合物形成的成分(B)、且成分(A)和成分(B)之和占所有成分的50质量％或其以上的碳纤维用上浆剂，或(2)含有100质量份在125℃的表面能为17～34mJ/m2的分子中至少含有2个环氧基的化合物形成的成分(A’)、10～75质量份在125℃的表面能为35mJ/m2或其以上的分子中至少含有2个环氧基的化合物形成的成分(B’)和以铵离子作为对离子，以烯化氧加成量为10摩尔或其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维用上浆剂，其含有１００质量份的以下成分（Ａ）和１０～７５质量份的成分（Ｂ），而且成分（Ａ）和成分（Ｂ）之和占所有成分的５０质量％或其以上，　　　　成分（Ａ）：在１２５℃的表面能为１７～３４ｍＪ／ｍ↑［２］的分子中至少含有１个环氧基的化合物；　　　　成分（Ｂ）：在１２５℃的表面能为３５ｍＪ／ｍ↑［２］或其以上的分子中至少含有１个环氧基的化合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杉浦直树，田口真仁，斋藤忠义，奥田智德，
申请(专利权)人：三菱丽阳株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]