JPH0284577A - Surface-treated carbon fiber - Google Patents

Surface-treated carbon fiber

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JPH0284577A
JPH0284577A JP19004688A JP19004688A JPH0284577A JP H0284577 A JPH0284577 A JP H0284577A JP 19004688 A JP19004688 A JP 19004688A JP 19004688 A JP19004688 A JP 19004688A JP H0284577 A JPH0284577 A JP H0284577A
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JP
Japan
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carbon fiber
acid
compound
carbon fibers
modified polyamide
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Application number
JP19004688A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Miyazaki
誠 宮崎
Eiji Kamata
鎌田 栄司
Hiroshi Inoue
寛 井上
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Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Tonen Corp
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Publication date
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  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject fiber, excellent in preservation stability and impregnating properties, etc., into thermoplastic resins and capable of providing composite materials with various synthetic resins excellent in mechanical properties by treating the surface of carbon fiber with a modified polyamide compound soluble in water and alcohols and a hydrophobic compound. CONSTITUTION:The objective carbon fiber obtained by, e.g., applying a modified polyamide compound, such as N-substituted alkoxymethylated polyamide (preferably 10-50mol% N-substituted alkoxymethylation degree and 5000-100000 molecular weight) in an amount of about 0.1-10wt.% (expressed in terms of solid based on the weight of carbon fiber) soluble in water and alcohols, to the carbon fiber preferably subjected to surface treatment with an acid by a roller method, etc., drying the fiber at 80-150 deg.C and then applying about 0.1-1wt.% combination of a hydrophobic compound, such as epoxy resin, with a low-boiling organic solvent, such as methanol or acetone, converted into the form of an emulsion thereto by the roller method, etc.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭素繊維で補強された樹脂複合材料を製造する
のに好適な表面処理された炭素繊維に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to surface-treated carbon fibers suitable for producing carbon fiber-reinforced resin composite materials.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

炭素繊維と各種合成樹脂、金属あるいはセラミックス等
のマトリックスとの複合材料は、比強度、比弾性率など
の機械的性質に優れているため、航空機部品、宇宙機器
、精密機械、テニスラケットやゴルフシャフトなどのス
ポーツ用品等の広い分野において利用されている。
Composite materials of carbon fiber and matrices such as various synthetic resins, metals, or ceramics have excellent mechanical properties such as specific strength and specific modulus, so they are used in aircraft parts, space equipment, precision machinery, tennis rackets, and golf shafts. It is used in a wide range of fields such as sports equipment.

ところで、この炭素繊維強化複合材料をより高強度、高
弾性のものに改善する方法については従来より種々の研
究がなされているが、一般に炭素繊維の優れた特性を充
分に発揮させるためには炭素繊維とマトリックスとの親
和性、接着性を高めることが重要とされ、かかる観点か
ら炭素繊維の表面を活性化させるための表面処理法ない
し処理剤(即ちサイジング剤)について数多くの提案が
なされている。
By the way, various studies have been conducted on methods to improve carbon fiber reinforced composite materials to have higher strength and higher elasticity, but in general, in order to fully utilize the excellent properties of carbon fiber, carbon It is important to improve the affinity and adhesion between fibers and matrix, and from this point of view, many proposals have been made regarding surface treatment methods or treatment agents (i.e., sizing agents) for activating the surface of carbon fibers. .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

このようなサイジング剤としては、例えばエポキシ樹脂
などの熱硬化性樹脂を用いたもの、ポリエステル、ポリ
アミド、ポリスルホン等の熱可塑性樹脂を用いたもの等
が挙げられるが、これらのサイジング剤は次に述べるよ
うな欠点を有する。
Examples of such sizing agents include those using thermosetting resins such as epoxy resins, and those using thermoplastic resins such as polyester, polyamide, and polysulfone. It has the following drawbacks.

即ち、エポキシ樹脂を主体としたサイジング剤は熱硬化
性樹脂との親和性や含浸性には優れているものの熱可塑
性樹脂に対してはなじみが悪いため、マトリックス樹脂
として熱可塑性樹脂を用いた場合、炭素繊維をマトリッ
クス樹脂に充分に含浸することができず、従って複合材
料中の炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が悪く、
充分な強度が発現しないという難点がある。
In other words, although sizing agents based on epoxy resins have excellent affinity and impregnating properties with thermosetting resins, they are poorly compatible with thermoplastic resins, so when a thermoplastic resin is used as the matrix resin, , the carbon fibers cannot be sufficiently impregnated into the matrix resin, and therefore the adhesion between the carbon fibers and the matrix resin in the composite material is poor.
The problem is that sufficient strength is not developed.

一方、ポリアミド、共重合ポリアミド等のサイジング剤
は、溶剤として硫酸などの酸性有機溶剤を用いる必要が
あるため、サイジング処理工程後における溶剤の除去が
難かしく、複合材料中に有機溶剤が残存する場合もあり
、炭素[維とマトリックス樹脂との接着性や含浸性が不
充分となる欠点がある。
On the other hand, sizing agents for polyamides, copolymerized polyamides, etc. require the use of acidic organic solvents such as sulfuric acid as solvents, so it is difficult to remove the solvent after the sizing process, and if the organic solvent remains in the composite material. However, it has the disadvantage that the adhesion and impregnation properties between the carbon fibers and the matrix resin are insufficient.

また、水及び(又は)アルコール可溶性の変性ポリアミ
ド、例えば、N−メトキシメチル化ナイロン6、α−(
N、N−ジメチルアミノ)−ε−カプロラクタム(共)
重合体などをサイジング剤として使用することも提案さ
れており、該変性ポリアミドは熱可塑性樹脂に対する含
浸性が良好で、マI・リックス樹脂として熱可塑性樹脂
を用いた場合、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性
に優れ、充分な複合材特性が発現される6しかしながら
、これらの変性ポリアミドは吸湿性が高く、保存安定性
に劣り。
Also, water and/or alcohol soluble modified polyamides, such as N-methoxymethylated nylon 6, α-(
N,N-dimethylamino)-ε-caprolactam (co)
It has also been proposed to use a polymer as a sizing agent, and the modified polyamide has good impregnating properties with thermoplastic resin, and when a thermoplastic resin is used as the matrix resin, it is difficult to bond between carbon fiber and matrix resin. However, these modified polyamides have high hygroscopicity and poor storage stability.

複合材料の成型前に乾燥処理を必要とし、乾燥条件を厳
しくすると、サイジング剤の融着が起きたり、糸の解繊
性が低下するという欠点がある。
A drying process is required before molding the composite material, and if the drying conditions are strict, there are drawbacks such as fusion of the sizing agent and decreased fibrillation of the yarn.

本発明の目的は、マトリックス樹脂、特に熱可塑性樹脂
系マトリックス樹脂との含浸性、接着性に優れるととも
に保存安定性にも優れ、しかも複合材料としての充分な
界面効果を発揮し得る、表面処理された炭素繊維を提供
することにある。
The object of the present invention is to provide a surface-treated material that has excellent impregnation and adhesion with matrix resins, particularly thermoplastic matrix resins, has excellent storage stability, and can exhibit sufficient interfacial effects as a composite material. Our objective is to provide carbon fibers with improved carbon fiber properties.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明によれば、水及び(又は)アルコール可溶性の変
性ポリアミド化合物及び疎水性化合物で表面処理したこ
とを特徴とする炭素繊維が提供される。
According to the present invention, carbon fibers are provided that are surface-treated with a water- and/or alcohol-soluble modified polyamide compound and a hydrophobic compound.

本発明者らは、前記した水及び(又は)アルコール可溶
性の変性ポリアミド系サイジング剤の炭素繊維に対する
優れたサイジング性能、特に熱可塑性樹脂系マトリック
ス樹脂に対する優れた含浸性。
The present inventors have discovered that the water- and/or alcohol-soluble modified polyamide sizing agent described above has excellent sizing performance for carbon fibers, and particularly excellent impregnating properties for thermoplastic matrix resins.

接着性を活用し、しかも吸湿性が抑制されて保存安定性
の向上した。その上複合材料とした場合に優れたコンポ
ジット物性を示す、表面処理された炭素繊維を得ること
について鋭意検討した結果、前記変性ポリアミド系サイ
ジング剤による処理を含む2段表面処理により、これら
の要求が満足されることを見出し1本発明を完成するに
至った。
By utilizing adhesive properties and suppressing hygroscopicity, storage stability has been improved. Moreover, as a result of intensive studies on obtaining surface-treated carbon fibers that exhibit excellent composite physical properties when made into composite materials, these requirements were met by two-stage surface treatment including treatment with the modified polyamide sizing agent. The present inventors found that the present invention was satisfied and completed the present invention.

本発明において、表面処理の対象となる炭素繊維として
は、ピッチ系、アクリル系、セルロース系などの各種繊
維を前能体として、公知の方法を用いて不融化又は耐炎
化処理を行ない1次いで不活性ガス雰囲気中で800〜
3000℃で焼成した所、1′I炭化系、黒鉛化系の何
れのものも含まれるが、特に表面を酸化処理したものを
用いることが望ましい。
In the present invention, the carbon fibers to be surface treated include various types of fibers such as pitch-based, acrylic-based, and cellulose-based fibers as precursors, which are first treated to make them infusible or flameproof using known methods. 800~ in active gas atmosphere
When fired at 3000° C., 1'I carbonized type and graphitized type are included, but it is particularly desirable to use one whose surface has been oxidized.

本発明においては、炭素繊維は先ず水及び(又は)アル
コール可溶性の変性ポリアミド化合物で表面処理される
。この第1次表面処理で用いる変性ポリアミド化合物は
、炭素繊維の集束性を保持し、炭素繊維と熱可塑性マト
リックス樹脂とに対する含浸性、接着性が良好で、複合
材として充分な界面効果を発揮し得る樹脂である。
In the present invention, carbon fibers are first surface-treated with a water- and/or alcohol-soluble modified polyamide compound. The modified polyamide compound used in this primary surface treatment maintains the cohesiveness of the carbon fibers, has good impregnating properties and adhesive properties between the carbon fibers and the thermoplastic matrix resin, and exhibits sufficient interfacial effects as a composite material. This is the resin obtained.

このような水及び(又は)アルコール可溶性の変性ポリ
アミド化合物としては1例えば、N−置換アルコキシメ
チル化ポリアミド及び不飽和カルボン酸で変性されたl
1l−fi置換アルコキシメチル化ポリアミドどのN−
17換アルコキシメチル基を有する変性ポリアミド類並
びにα−(N、N−ジメチルアミノ)−E−力プロラク
タム重合体及びそれとE−カプロラクタムなどの環状ア
ミドとの共重合体などのジアルキルアミノ基を有する変
性ポリアミド類などが挙げられる。
Such water and/or alcohol soluble modified polyamide compounds include, for example, N-substituted alkoxymethylated polyamides and l modified with unsaturated carboxylic acids.
N- such as 1l-fi substituted alkoxymethylated polyamide
Modified polyamides having a 17-substituted alkoxymethyl group and dialkylamino groups such as α-(N,N-dimethylamino)-E-prolactam polymers and copolymers of the same with cyclic amides such as E-caprolactam Examples include modified polyamides.

N−メトキシメチル化ナイロン6で代表されるN〜置換
アルコキシメチル基を有する変性ポリアミドは1例えば
ナイロン6、ナイロン〜66、ナイロン610、ナイロ
ン12などのホモ重合体あるいはナイロン6/66、ナ
イロン66/610、ナイロン6/11、ナイロン66
/610/6などの共重合体を、酸の存在下でホルマリ
ンとアルコールの混合物で処理することにより得られる
Modified polyamides having an N-substituted alkoxymethyl group represented by N-methoxymethylated nylon 6 are homopolymers such as nylon 6, nylon 66, nylon 610, nylon 12, or nylon 6/66, nylon 66/ 610, nylon 6/11, nylon 66
/610/6 by treating a copolymer such as /610/6 with a mixture of formalin and alcohol in the presence of an acid.

この場合、N−[換アルコキシメチル化度が10〜50
モ)Lt%、特ニ25−35モル%で分子量がs、oo
o〜ioo、ooo、特に10,000〜70,000
のものが好んで用いられる。
In this case, the degree of N-[substituted alkoxymethylation is 10 to 50
M) Lt%, especially D25-35 mol%, molecular weight s, oo
o~ioo, ooo, especially 10,000~70,000
is preferably used.

N−置換アルコキシメチル化度が10モル2未満のもの
は、アルコールへの溶解性が著しく低下し、逆に50モ
ル%超過のものは、耐熱、剛性等の物性が低下するほか
、吸水性が増加し、空気中でポリマー表面が粘着性をお
びるので好ましくない。また、分子址がs 、 ooo
未満のものは、表面処理後の炭素繊維の収束性、開繊性
などが悪くなり、逆に100.000超過のものは、処
理液の粘度が増大し取扱いが困難となる。
If the degree of N-substituted alkoxymethylation is less than 10 mol 2, the solubility in alcohol will be significantly reduced, and if it exceeds 50 mol %, physical properties such as heat resistance and rigidity will be reduced, and water absorption will be reduced. This is undesirable because the polymer surface becomes sticky in the air. Also, the molecular location is s, ooo
If it is less than 100,000, the carbon fibers will have poor convergence and opening properties after surface treatment, and if it is more than 100,000, the viscosity of the treatment liquid will increase, making it difficult to handle.

また、このN−置換アルコキシメチル化ポリアミドをア
クリル酸誘導体などの不飽和カルボン11 誘導体で変
性した変性N−置換アルコキシメチル化ポリアミドも好
んで用いられる。この変性N−置換アルコキシメチル化
ポリアミドは、通常N−置換アルコキシメチル化ポリア
ミドに不飽和カルボンv誘導体を、好ましくはラジカル
反応開始剤の存在下に、グラフト重合することによって
得られる。この場合の不飽和カルボンv誘導体としては
、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水
マレイン酸、フマール酸、クロトン酸、無水クロ1−ン
酸、ハイミック酸、無水ハイミック酸、アクリルアミド
、メタクリルアミドが挙げられ、その他ヒドロキシエチ
ルメタクリレートの様な親水性ビニル化合物を用いるこ
とができる。ただ1反応性の点からアクリル酸誘導体、
特にアクリル酸。
Also preferably used is a modified N-substituted alkoxymethylated polyamide obtained by modifying this N-substituted alkoxymethylated polyamide with an unsaturated carbon-11 derivative such as an acrylic acid derivative. This modified N-substituted alkoxymethylated polyamide is usually obtained by graft polymerizing an unsaturated carbon v derivative onto an N-substituted alkoxymethylated polyamide, preferably in the presence of a radical reaction initiator. Examples of unsaturated carboxylic V derivatives in this case include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid, chloronic anhydride, hymic acid, hymic anhydride, acrylamide, and methacrylamide. In addition, hydrophilic vinyl compounds such as hydroxyethyl methacrylate can be used. Acrylic acid derivatives, from the point of view of only one reactivity,
Especially acrylic acid.

メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミドなど
を用いるのが好ましい。
Preferably, methacrylic acid, acrylamide, methacrylamide, etc. are used.

この不飽和カルボン酸誘導体による変性によって、変性
ポリアミド化合物の水及びアルコールに対する可溶性が
増大する。該変性ポリアミド化合物中の不飽和カルボン
酸誘導体の含有量は、通常5モル%以上のものが好まし
い。不飽和カルボン酸誘導体の含有量が5モル2未満で
は、溶媒可溶性の向1−効果が非常に小さい。
Modification with this unsaturated carboxylic acid derivative increases the solubility of the modified polyamide compound in water and alcohol. The content of the unsaturated carboxylic acid derivative in the modified polyamide compound is usually preferably 5 mol% or more. When the content of the unsaturated carboxylic acid derivative is less than 5 mol 2 , the effect on solvent solubility is very small.

なお、前記の不飽和カルボン酸誘導体変性へ一置換アル
コキシメチル化ポリアミドに、更にアンモニア水による
処理を行なって、アンモニウム塩化した化合物を使用す
ることもできる。
Note that it is also possible to use a compound obtained by further treating the monosubstituted alkoxymethylated polyamide modified with an unsaturated carboxylic acid derivative with aqueous ammonia to form an ammonium salt.

(11)ジアルキルアミノ基を有する変性ポリアミドジ
アルキルアミノ基を有する変性ポリアミドとしでは、例
えばα−(N、N−ジメチルアミノ)−E−カプロラク
タム重合体及びそれとε−カプロラクタムなどの環状ポ
リアミドとの共重合体などが挙げられる。この変性ポリ
アミドは前記α−置換−ε−カプロラクタムを単独又は
共単量体と共に、アニオン重合することによって得られ
る。
(11) Modified polyamide having dialkylamino group Examples of modified polyamide having dialkylamino group include α-(N,N-dimethylamino)-E-caprolactam polymer and copolymerization thereof with cyclic polyamide such as ε-caprolactam. Examples include merging. This modified polyamide can be obtained by anionically polymerizing the α-substituted-ε-caprolactam alone or together with a comonomer.

この場合、α−(N、N−ジメチルアミノ)−ε−カプ
ロラクタムの含有量が30〜100モル%のものが好ま
しい。α−(N、N−ジメチルアミノ)−ε−カプロラ
クタムの含有量が30モル%未満では溶媒可溶性が劣り
且つ表面処理後の炭素繊維が粗硬になる。また、変性ポ
リアミドの相対粘度は1.5以上で3以下が好ましい。
In this case, the content of α-(N,N-dimethylamino)-ε-caprolactam is preferably 30 to 100 mol%. If the content of α-(N,N-dimethylamino)-ε-caprolactam is less than 30 mol%, the solvent solubility will be poor and the carbon fibers will become rough and hard after surface treatment. Further, the relative viscosity of the modified polyamide is preferably 1.5 or more and 3 or less.

相対粘度が1.5未満では表面処理後の炭素繊維の収束
性、開城性が劣り、逆に相対粘度が3を超過すると表面
処理液の粘性が増大し、取扱いが困難になる。
If the relative viscosity is less than 1.5, the convergence and opening properties of the carbon fibers after surface treatment will be poor, and if the relative viscosity exceeds 3, the viscosity of the surface treatment liquid will increase, making handling difficult.

なお、本発明における第1次表面処理は、前記変性ポリ
アミドを用いることにより充分その目的を達成するもの
であるが、更にこれを四級化したものは、溶媒可溶性、
特に水溶性が向上するため表面処理剤として好適に利用
し得る。四級化反応方法としては、該変性ポリアミドを
適当な溶媒に溶解させるか又は溶融した後これに四級化
剤を添加する方法、または四級化剤の気相中に変性ポリ
アミドを存在させて反応させる方法などがある。
Note that the primary surface treatment in the present invention sufficiently achieves its purpose by using the modified polyamide, but the quaternized polyamide can also be used to improve solvent solubility,
In particular, since the water solubility is improved, it can be suitably used as a surface treatment agent. The quaternization reaction method includes a method in which the modified polyamide is dissolved in a suitable solvent or melted and then a quaternizing agent is added thereto, or a method in which the modified polyamide is present in the gas phase of the quaternizing agent. There are many ways to react.

四級化剤としては塩酸、硫酸、燐酸、蟻酸、酢酸、蓚酸
、フタル酸、アクリル酸などのプロトン酸、及び沃化メ
チル、臭化メチルなどのアルキルハロゲン化合物など通
常のものが使用できる。
As the quaternizing agent, usual ones such as protonic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, phthalic acid, and acrylic acid, and alkyl halogen compounds such as methyl iodide and methyl bromide can be used.

以上のような変性ポリアミド化合物は、水、アルコール
などの水溶液に、例えば0.1〜30重1%。
The above-mentioned modified polyamide compound is added to an aqueous solution such as water or alcohol in an amount of, for example, 0.1 to 30% by weight.

好ましくは0.5〜10重量%の濃度に溶解して、水溶
液の形態で炭素繊維の表面に付与される。勿論、この表
面処理剤に通常添加される助剤などを含有させることは
、何ら差支えない。
It is preferably dissolved at a concentration of 0.5 to 10% by weight and applied to the surface of carbon fibers in the form of an aqueous solution. Of course, there is no problem in including auxiliary agents and the like that are normally added to this surface treatment agent.

炭素繊維表面へ該変性ポリアミド化合物を付着させる方
法は特に限定されるものではなく、通常のデイツプ法、
スプレー法、ローラー法などを採用することができる。
The method for attaching the modified polyamide compound to the carbon fiber surface is not particularly limited, and may include the usual dip method,
A spray method, a roller method, etc. can be adopted.

この変性ポリアミド化合物の炭素繊維に対する付着量は
、炭素繊維重量当り固形分で約0.1〜約10重量%、
好ましくは0.5〜5重量%である。この付着量が約0
.1重量%未満では炭素繊維の取扱い性が不充分なため
、複合化時に毛羽が発生したり、断糸したりすることが
あり、逆に約10重i%を超過すると、炭素繊維が粗硬
となり、可撓性に欠ける。
The amount of this modified polyamide compound attached to the carbon fibers is about 0.1 to about 10% by weight in terms of solid content per weight of carbon fibers.
Preferably it is 0.5 to 5% by weight. This amount of adhesion is approximately 0
.. If it is less than 1% by weight, the handling of the carbon fiber is insufficient, which may cause fuzz or yarn breakage during compounding.On the other hand, if it exceeds about 10% by weight, the carbon fiber will become coarse and hard. Therefore, it lacks flexibility.

次いで、前記変性ポリアミド化合物を付与された炭素繊
維は、乾燥処理されるが、乾燥温度が200℃を超える
と、変性ポリアミド化合物の熱劣化が生じ易いので、通
常は80−150℃で乾燥するのがよい。
Next, the carbon fibers coated with the modified polyamide compound are dried, but if the drying temperature exceeds 200°C, thermal deterioration of the modified polyamide compound tends to occur, so drying is usually carried out at 80-150°C. Good.

このようにして、水及び(又は)アルコール可溶性の変
性ポリアミド化合物を付与された炭素繊維は、−旦ボビ
ンに巻上げられるが、勿論該表面処理によって炭素繊維
は優れた集束性を示し、毛羽や糸切れなどに対して優れ
た効果を発揮する。
In this way, the carbon fibers to which the water- and/or alcohol-soluble modified polyamide compound has been applied are first wound up onto a bobbin, but of course the surface treatment causes the carbon fibers to exhibit excellent cohesiveness and to prevent fluff and threads. Demonstrates excellent effectiveness against cuts, etc.

以上の第1次表面処理を受けた炭素繊維は1次に好まし
くは別の工程において、疎水性化合物による第2次表面
処理を受ける。この第2次表面処理における疎水性化合
物としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニ
ルエステル、ウレタンアクリレート、シリコンオイル、
高級脂肪酸及び同金属塩、高級脂肪酸エステル並びに各
種ワックス類が用いられる。
The carbon fibers that have undergone the above primary surface treatment are then subjected to a secondary surface treatment using a hydrophobic compound, preferably in a separate step. Hydrophobic compounds used in this secondary surface treatment include epoxy resin, unsaturated polyester, vinyl ester, urethane acrylate, silicone oil,
Higher fatty acids and their metal salts, higher fatty acid esters, and various waxes are used.

ここでエポキシ樹脂としては公知の各種エポキシ樹脂、
例えば(i)グリシジルエーテル系エポキシ樹脂(ビス
フェノールA、 F、 S系エポキシ樹脂、ノボラック
系エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA系エポキシ樹
脂)、(ii)環式脂肪族エポキシ樹脂、(m)グリシ
ジルエステル系エポキシ樹脂、(iv )グリシジルア
ミン系エポキシ樹脂、(v)複素環式エポキシ樹脂、そ
の他種々のエポキシ樹脂を挙げることができる。
Here, the epoxy resins include various known epoxy resins,
For example, (i) glycidyl ether type epoxy resin (bisphenol A, F, S type epoxy resin, novolac type epoxy resin, brominated bisphenol A type epoxy resin), (ii) cycloaliphatic epoxy resin, (m) glycidyl ester type Examples include epoxy resins, (iv) glycidylamine-based epoxy resins, (v) heterocyclic epoxy resins, and various other epoxy resins.

また、高級脂肪酸としては、例えば、ステアリン酸、パ
ルミチン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、ウンデカン酸
、カプリン酸、ペラルゴン酸、カプリル酸、エナント酸
、カプロン酸、酪はなどが挙げられ、また高級脂肪酸金
属塩としてはステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウ
ムなどが挙げられる。
In addition, examples of higher fatty acids include stearic acid, palmitic acid, myristic acid, lauric acid, undecanoic acid, capric acid, pelargonic acid, caprylic acid, enanthic acid, caproic acid, butyric acid, and higher fatty acid metals. Examples of the salt include zinc stearate and calcium stearate.

更に、高級脂肪酸エステルとしては例えば、般的なロウ
を挙げることができ、カーナバロウ。
Furthermore, examples of higher fatty acid esters include common waxes such as carnauba wax.

カンデリラロウ、鯨ロウ、セラックロウ、ぬかロウ、出
自ロウ、ミツロウ、モンタンロウ、綿ロウ。
Candelilla wax, whale wax, shellac wax, rice bran wax, origin wax, beeswax, montan wax, cotton wax.

羊毛ロウなどが一般的である。また、純品としては前述
した高級脂肪酸と低級アルコール及び高級アルコールと
の各種エステルが挙げられる。その他グリセリンとのエ
ステルである各種グリセリド、また各種植物油、動物油
である天然油脂、人工油脂も本発明に有効である。また
、ワックスとしては、前述の各種ロウの他ポリエチレン
ワックス、パラフィンワックスなどが挙げられる。これ
らの中でも特に液状疎水性化合物が少量でも吸水率が低
く、また複合材物性への影響が小さいことから好ましい
Wool wax is common. In addition, examples of pure products include various esters of the above-mentioned higher fatty acids and lower and higher alcohols. In addition, various glycerides which are esters with glycerin, natural oils and fats such as various vegetable oils and animal oils, and artificial oils and fats are also effective in the present invention. In addition to the various waxes mentioned above, examples of the wax include polyethylene wax, paraffin wax, and the like. Among these, liquid hydrophobic compounds are particularly preferred because they have a low water absorption rate even in small amounts and have little effect on the physical properties of the composite material.

これらの疎水性化合物は、メタノール、エタノール等の
アルコール類又はアセトン、メチルエチルヶ!−ン等の
ケトン類等の低沸点有機溶媒あるいは適当な乳化剤を組
み合せてエマルジョンの形態で、第1次表面処理された
炭素繊維の表面に付与されろ。この第2次表面処理にお
いては、第1次表面処理による前記変性ポリアミド化合
物のサイジング性能を損なわないために、疎水性化合物
の炭素繊維への付着μは、できる限り少量にすることが
必要であり、特に好ましくは炭素繊維重量当t当り約0
.1〜約1重景%である。
These hydrophobic compounds include alcohols such as methanol and ethanol, acetone, and methyl ethyl! It is applied in the form of an emulsion to the surface of the carbon fibers which have been subjected to the primary surface treatment, in combination with a low boiling point organic solvent such as ketones such as -N or a suitable emulsifier. In this secondary surface treatment, it is necessary to minimize the adhesion μ of the hydrophobic compound to the carbon fiber in order not to impair the sizing performance of the modified polyamide compound obtained by the primary surface treatment. , particularly preferably about 0 per ton of carbon fiber weight
.. 1 to about 1 percent.

また、この表面処理の方法も特に限定されるものではな
く、通常のデイツプ法、スプレー法、ローラー法などを
採用することができる。
Further, the method of this surface treatment is not particularly limited, and ordinary dip methods, spray methods, roller methods, etc. can be employed.

なお、前述の変性ポリアミドと比較的相溶性の良いエポ
キシ樹脂化合物を使用する場合には、変性ポリアミド化
合物と混合し、同時処理することも可能である。
In addition, when using an epoxy resin compound that is relatively compatible with the above-mentioned modified polyamide, it is also possible to mix it with the modified polyamide compound and carry out simultaneous treatment.

このようにして前記疎水性化合物を炭素繊維に付与する
ことにより、前記変性ポリアミド化合物の本来のサイジ
ング性能を損なうことなしに、炭素繊維の表面の吸湿性
が充分抑制され、保存安定性が向りして、炭素繊維を複
合材料として用いる場合、その成形前に乾燥する必要が
ないものとなる。
By applying the hydrophobic compound to the carbon fiber in this way, the hygroscopicity of the surface of the carbon fiber is sufficiently suppressed and storage stability is improved without impairing the original sizing performance of the modified polyamide compound. Therefore, when carbon fiber is used as a composite material, there is no need to dry it before molding.

以上のように表面処理された炭素繊維は一旦ボビンに巻
き上げられるか、あるいはそのまま連続的に、コンポジ
ット成形工程へ送られる。
The carbon fibers that have been surface-treated as described above are once wound up onto a bobbin, or are continuously sent as they are to a composite forming process.

本発明の表面処理された炭素繊維は各種71へリックス
樹脂との含浸性にすぐれており、特にポリアミド系樹脂
やポリイミド系樹脂に対して著しい含浸性改善効果があ
る。
The surface-treated carbon fiber of the present invention has excellent impregnability with various 71 helix resins, and has a remarkable effect of improving impregnability particularly with polyamide resins and polyimide resins.

このようなポリアミド系樹脂としては通常のナイロン−
6、ナイロン−66、ナイロン−610、ナイロン−1
2、ナイロン4−6などがあるが、更に芳香族ジアミン
と芳香族カルボン酸あるいは芳香族酸塩化物等からつく
られる耐熱性にすぐれた全芳香族ポリアミド、ポリイミ
ド系樹脂があり、例えばポリアミドイミド、ポリエーテ
ルイミド等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性のポリイミ
ド、ビスマレイミドなどが挙げられる。
As such polyamide resin, ordinary nylon-
6, Nylon-66, Nylon-610, Nylon-1
2. Nylon 4-6, etc., but there are also fully aromatic polyamides and polyimide resins with excellent heat resistance made from aromatic diamines and aromatic carboxylic acids or aromatic acid chlorides, such as polyamideimide, Examples include thermoplastic resins such as polyetherimide, thermosetting polyimides, and bismaleimides.

本発明の表面処理された炭素繊維は前記したようにポリ
アミド系及びポリイミド系71−リツクス樹脂との含浸
性、接着性に優れたものであるが。
As mentioned above, the surface-treated carbon fibers of the present invention have excellent impregnating properties and adhesive properties with polyamide-based and polyimide-based 71-Lix resins.

もちろん他の熱可塑性樹脂系マトリックス樹脂、例えば
ポリフェニレンサルファイド、ポリスルフォン、ポリエ
ーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカー
ボネート等に対しても優れた性能を発揮し、更にはエポ
キシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリフェノール樹
脂などの熱硬化性樹脂系マトリックス樹脂に対しても効
果が発現される。
Of course, it also exhibits excellent performance with other thermoplastic matrix resins, such as polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, etc., and also with epoxy resins, The effect is also expressed on thermosetting resin matrix resins such as unsaturated polyester resins and polyphenol resins.

かかるマトリックス樹脂と炭素繊維とから複合材料を形
成する方法としてはハントレイアップ法、フィラメント
ワインディング法、プルトルージョン法のほか、プリプ
レグ法、プレス・オートクレーブ成形法などの連続繊維
複合材料、シート・モールディング(SMC)法/プレ
ス成形法並びに射出成形θ;などのチョツプド短繊維複
合材料など通常採用される方法があげられる。例えば射
出成形法は。
Methods for forming composite materials from such matrix resins and carbon fibers include Hunt lay-up method, filament winding method, pultrusion method, continuous fiber composite materials such as prepreg method, press autoclave molding method, sheet molding method ( Commonly employed methods include chopped short fiber composite materials such as SMC) method/press molding method and injection molding θ;. For example, injection molding.

本発明の表面処理された炭素繊維束をカッターで1〜2
0mmの長さに切り、ナイロンパウダー4fびにペレッ
トとブレンダーで混合した後、押出し機で混練後モール
ド内へ射出、成型し、目的とする成形品を得るものであ
る。
The surface-treated carbon fiber bundle of the present invention is cut into 1 to 2 pieces with a cutter.
It is cut into 0 mm lengths, mixed with nylon powder 4f and pellets in a blender, kneaded in an extruder, and then injected into a mold and molded to obtain the desired molded product.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の表面処理された炭素繊維は、水及び(又は)ア
ルコール可溶性の変性ポリアミド化合物及び疎水性化合
物で表面処理されていることから、該変性ポリアミド化
合物の有する熱可塑性樹脂に対する優れた含浸性、接着
性が充分に発揮される」−に、吸湿性が充分抑制されて
保存安定性に優れており、従って、本発明の表面処理さ
れた炭素繊維を配合した樹脂複合材料は、極めて優れた
機械的性質を有するものとなり、しかもその成形前の乾
燥を必要としないものとなる。
Since the surface-treated carbon fibers of the present invention are surface-treated with a water- and/or alcohol-soluble modified polyamide compound and a hydrophobic compound, the modified polyamide compound has excellent impregnating properties with thermoplastic resins. In addition to exhibiting sufficient adhesion, hygroscopicity is sufficiently suppressed and storage stability is excellent. Therefore, the resin composite material containing the surface-treated carbon fibers of the present invention is an extremely excellent mechanical material. , and does not require drying before molding.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

実施例1 炭素繊維(トレカT−3006に;東し社製)を窒素雰
囲気中で800℃、5時間焼成後、連続的に電解酸化処
理した後、N−メトキシメチル化ナイロン−6の1重M
%メタノール溶液による浸漬処理を行ない、100℃の
乾燥炉を通し、第1次表面処理を行なった。
Example 1 Carbon fiber (Torayca T-3006; manufactured by Toshisha Co., Ltd.) was fired at 800°C for 5 hours in a nitrogen atmosphere and then subjected to continuous electrolytic oxidation treatment, followed by a single layer of N-methoxymethylated nylon-6. M
% methanol solution and passed through a drying oven at 100°C to perform a primary surface treatment.

次に該繊維に、第2次表面処理として、エポキシ樹脂(
エピコート828;シェル化学社製)の0.5本社%ア
セトン?8液による浸漬処理及び乾燥を連続的に行なっ
た。
Next, the fibers are treated with epoxy resin (
Epicoat 828; manufactured by Shell Chemical Co., Ltd.) 0.5% acetone? Immersion treatment using 8 liquids and drying were performed continuously.

次いで、該表面処理炭素繊維を一方向に並列的に、1f
flべ、その上ドにナイロン−6(A−103011R
L;ユニチカ製)のシートをサンドイッチ状に重ね合わ
せ、ホットプレスにて260℃、5分間予備加熱、5分
間加圧を行ない、厚み約1m、炭素繊維含、1lIt5
0容M%の複合材料を得た。
Next, the surface-treated carbon fibers were placed in parallel in one direction, 1f
nylon-6 (A-103011R)
(Made by Unitika) were stacked in a sandwich shape, preheated in a hot press at 260°C for 5 minutes, and pressurized for 5 minutes to form a sheet approximately 1 m thick, containing carbon fiber, 1 lIt5
A composite material of 0 volume M% was obtained.

曲屈表面処理炭素繊維については、23℃、湿度65%
の恒温室に24時間放置した後、アセトン及びメタノー
ルにて表面処理剤を溶解させ、その溶液の水分含量をカ
ールフィッシャー法により8111定した。また、得ら
れた複合材料について、ボイド率alす定及びASTM
 D−790に曲損し曲げ試験を行なった。
For curved surface treated carbon fibers: 23°C, humidity 65%
After being left in a constant temperature room for 24 hours, the surface treatment agent was dissolved in acetone and methanol, and the water content of the solution was determined by Karl Fischer method. In addition, regarding the obtained composite material, void ratio al and ASTM
A bending test was conducted on D-790.

それらの結果を表−1に示す。The results are shown in Table-1.

実施例2 第1次表面処理の処理剤として、N−メトキシメチル化
ナイロン−6の代わりに、アクリル酸変性Nメトキシメ
チル化ナイロン−6を用いた以外は、実施例1と同様に
して1表面処理炭素繊維を得5且つ複合材料を作製し、
更に表面処理炭素繊維の水分含量測定並びに複合材料の
ボイド率a+IJ定及び曲げ試験を行なった。それらの
結果を表−1に示す。
Example 2 One surface was treated in the same manner as in Example 1, except that acrylic acid-modified N-methoxymethylated nylon-6 was used instead of N-methoxymethylated nylon-6 as the treatment agent for the first surface treatment. Obtaining the treated carbon fiber 5 and producing a composite material,
Furthermore, the water content of the surface-treated carbon fibers was measured, and the void ratio a+IJ of the composite material was determined and a bending test was conducted. The results are shown in Table-1.

実施例3〜13 第2次表面処理剤として、エポキシ樹脂の代わりに、シ
リコーンオイルにF−50、同にト“54(以」二信越
化学社製);高級脂肪酸であるステアリン酸、ウンデカ
ンミニ高級脂肪酸金属塩であるステアリン酸亜釦;ロウ
材であるカーナバロウ([]興ファインプロダクト社’
I!2)、モールドウィズ33PA (アクセル社製)
、カッパー[EF5070(衣辺商事社製);ワックス
であるヘキストワックスOP、ヘキストワックスE(以
上ヘキスト社fp5)、1IYPAc907(バレコ社
製)の一つを用いた以外は、実施例1と同様にして、表
面処理炭素繊維を?!) +且つ複合材料を作製し、更
に表面処理炭素繊維の水分含M 8111定並びに複合
材料のボイドl ?Il’l定及び曲げ試験を行なった
。それらの結果を表−1に示す。
Examples 3 to 13 As a secondary surface treatment agent, instead of epoxy resin, silicone oil was mixed with F-50, To"54 (hereinafter "manufactured by Nishinetsu Chemical Co., Ltd.); stearic acid, which is a higher fatty acid, and undecane mini. Stearic acid substituent, which is a higher fatty acid metal salt; carnauba wax, which is a waxing material ([]Ko Fine Products Co., Ltd.'
I! 2), Mold with 33PA (manufactured by Axel)
, Copper [EF5070 (manufactured by Kinube Shoji Co., Ltd.); The same procedure as in Example 1 was used except that one of the waxes Hoechstwax OP, Hoechstwax E (hereinafter referred to as Hoechst fp5), and 1IYPAc907 (manufactured by Bareco Co., Ltd.) was used. What about surface-treated carbon fiber? ! ) + and prepare a composite material, and further increase the water content M8111 of the surface-treated carbon fiber and the voids L of the composite material. Il'l constant and bending tests were performed. The results are shown in Table-1.

実施例14〜16 実施例1で得られた表面処理炭素繊維を、山水技研工業
社製ロービングカッターにて3mm長の短繊維に切断し
、チョツプドファイバーを得た。日本製鋼所社製Tεx
2軸押出機(45mφD)を用い、6−ナイロン(A−
1030BI化;ユニチカ社製)を1段フィーダーから
及び」二記チョツプドファイバーを2段フィーダーから
投入し、炭素繊維/ナイロンコンパウンドペレットを得
た。該コンパウンド12造時、チョツプドファイバーの
フィーダーからの食い込みは良好であり、得られたベレ
ットも気泡等の発泡151象も見られず、良好なコンパ
ウンドが得られた。
Examples 14 to 16 The surface-treated carbon fiber obtained in Example 1 was cut into short fibers with a length of 3 mm using a roving cutter manufactured by Sansui Giken Kogyo Co., Ltd. to obtain chopped fibers. Japan Steel Works Tεx
Using a twin-screw extruder (45mφD), 6-nylon (A-
1030BI (manufactured by Unitika Co., Ltd.) was introduced from a first-stage feeder and chopped fibers were introduced from a second-stage feeder to obtain carbon fiber/nylon compound pellets. When the compound 12 was produced, the chopped fibers penetrated well from the feeder, and no foaming such as air bubbles was observed in the pellets obtained, and a good compound was obtained.

得られたコンパウンドを日本製鋼所社製射出成形機J7
5SAにて射出成形し、物性試験用のテストピースを作
製した。得られたテストピースについて、ASTM D
−790に準拠して曲げ試験を行なった。
The obtained compound was processed using an injection molding machine J7 manufactured by Japan Steel Works.
A test piece for physical property testing was prepared by injection molding using 5SA. For the obtained test piece, ASTM D
A bending test was conducted in accordance with -790.

その結果を表−2に示す。The results are shown in Table-2.

実施例17〜19 実施例2で得られた表面処理炭素繊維を用いた以外は、
実施例14〜16と同様にして、炭素繊維/ナイロンコ
ンパウンドペレッ1−を7:?、そのテストピースを作
製して曲げ試験を行なった。その結果を表−2に示す。
Examples 17 to 19 Except for using the surface-treated carbon fiber obtained in Example 2,
In the same manner as in Examples 14 to 16, carbon fiber/nylon compound pellets 1- were mixed with 7:? A test piece was prepared and a bending test was conducted. The results are shown in Table-2.

実施例20〜22 実施例5で得られた表面処理炭素繊維を用いた以外は、
実施例14〜16と同様にして、炭素繊維/ナイロンコ
ンパウンドペレットを得、そのテストピースを作製して
illロブ試験を行なった。その結果を表−2に示す。
Examples 20 to 22 Except for using the surface-treated carbon fiber obtained in Example 5,
Carbon fiber/nylon compound pellets were obtained in the same manner as in Examples 14 to 16, and test pieces thereof were prepared and subjected to ill lobe tests. The results are shown in Table-2.

実施例23 ビスマレイミド(BTレジンIIT2562F;三菱瓦
斯化学社製)を、実施例1で得られた表面処理炭素繊維
に含浸させ、プレス成形にて180℃で3時間及び24
0℃で3時間硬化させ、一方向積層板を得た。得られた
積層板ついての物性d1り定結果は、Vf=58.5%
Example 23 Bismaleimide (BT Resin IIT2562F; manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) was impregnated into the surface-treated carbon fiber obtained in Example 1, and press molded at 180°C for 3 hours and 24 hours.
It was cured at 0° C. for 3 hours to obtain a unidirectional laminate. The physical property d1 determination result for the obtained laminate is Vf=58.5%
.

ボイド率0.1%、曲げ強度178kg#++m 、 
III口ず弾性率13.8ton/mm”であった。
Void rate 0.1%, bending strength 178kg#++m,
III's elastic modulus was 13.8 ton/mm''.

実施例24 6−ナイロンの代わりにポリエーテルイミド(ウレテム
2100;GE社製)を用いた以外は、実施例14と同
様にしてチョブドファイバーとのコンパウンドを得た。
Example 24 A compound with chopped fiber was obtained in the same manner as in Example 14, except that polyetherimide (Urethem 2100; manufactured by GE) was used instead of 6-nylon.

以後、実施例14と同様にしてテストピースを作製し、
その物性をal’l定したところ、vf=;30%。
Thereafter, a test piece was prepared in the same manner as in Example 14,
When its physical properties were determined, vf=;30%.

曲げ強度38 、0 kg / mm 、曲げ弾性率2
 、140 kg / rttn 2であった。
Bending strength: 38, 0 kg/mm, bending modulus: 2
, 140 kg/rttn 2.

比較例1 実施例1における第2次表面処理を行なわなかった以外
は、実施例1と同様にして、表面処理炭素繊維をtj)
、且つ複合材料を作製し、更に表面処理炭素繊維の水分
含量測定並びに複合材料のボイドrs g+++定及び
曲げ試験を行なった。それらの結果を表−1に示す。
Comparative Example 1 Surface-treated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the secondary surface treatment in Example 1 was not performed.
, and a composite material was produced, and the water content of the surface-treated carbon fiber was measured, and the composite material was subjected to void RS g+++ constant and bending tests. The results are shown in Table-1.

比較例2 実施例2における第2次表面処理を行なわなかった以外
は、実施例2と同様にして、表面処理炭素[維を得、且
つ複合材料を作製し、更に表面処理炭素繊維の水分含量
811定並びに複合材料のボイド率41す定及び曲げ試
験を行なった。それらの結果を表−1に示す。
Comparative Example 2 Surface-treated carbon fibers were obtained and a composite material was produced in the same manner as in Example 2, except that the secondary surface treatment in Example 2 was not performed, and the water content of the surface-treated carbon fibers was 811 constant and void ratio of composite material 41 constant and bending tests were conducted. The results are shown in Table-1.

比較例3 第2次表面処理を、シリコーンオイルにF2Oの0.5
重1げセトン溶液の代わりに、同KF50の5.5重パ
%アセトン溶液を用いて行なった以外は、実施例3と同
様にして、表面処理炭素繊維を得、且つ複合材料を作製
し、更に表面処理炭素繊維の水分含量測定並びに複合材
料のボイド率測定及び曲げ試験を行なった。それらの結
果を表−1に示す。
Comparative Example 3 Secondary surface treatment was performed using 0.5% F2O in silicone oil.
Surface-treated carbon fibers were obtained and a composite material was produced in the same manner as in Example 3, except that a 5.5% acetone solution of KF50 was used instead of the acetone solution. Furthermore, the water content of the surface-treated carbon fibers, the void ratio of the composite materials, and a bending test were conducted. The results are shown in Table-1.

比較例4 実施例1における第2次表面処理を行なわなかった以外
は、実施例1と同様にして表面処理炭素繊維を得た。次
に該表面処理炭素繊維を用いて、実施例15と同様にし
て、炭素繊維/ナイロンコンパウンドペレットを得、そ
のテストピースを作製して111[げ試験を行なった。
Comparative Example 4 Surface-treated carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 1, except that the secondary surface treatment in Example 1 was not performed. Next, using the surface-treated carbon fibers, carbon fiber/nylon compound pellets were obtained in the same manner as in Example 15, and test pieces thereof were prepared and subjected to a 111-degree test.

その結果を表−2に示す。The results are shown in Table-2.

比較例5 実施例2における第2次表面処理を行なわなかった以外
は、実施例2と同様にして表面処理炭素繊維を得た。次
に該表面処理炭素繊維を用いて、実施例18と同様にし
て、炭素繊維/ナイロンコンパウンドペレッ1−を得、
そのテストピースを作製して曲げ試験を行なった。その
結果を表−2に示す。
Comparative Example 5 A surface-treated carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 2, except that the secondary surface treatment in Example 2 was not performed. Next, using the surface-treated carbon fiber, carbon fiber/nylon compound pellets 1- were obtained in the same manner as in Example 18,
A test piece was prepared and subjected to a bending test. The results are shown in Table-2.

表−1及び表−2の結果から1本発明の表面処理された
炭素繊維は吸湿性が充分抑制されて保存安定性に優れて
おり、且つ該炭素繊維を配合した樹脂複合材料は極めて
優れた機械的性質を有することが判る。
From the results in Tables 1 and 2, it was found that the surface-treated carbon fibers of the present invention have sufficiently suppressed hygroscopicity and have excellent storage stability, and the resin composite material containing the carbon fibers has excellent storage stability. It can be seen that it has mechanical properties.

特許出願人 東亜燃料工業株式会社Patent applicant: Toa Fuel Industries Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)水及び(又は)アルコール可溶性の変性ポリアミ
ド化合物及び疎水性化合物で表面処理したことを特徴と
する炭素繊維。
(1) A carbon fiber characterized by being surface-treated with a water- and/or alcohol-soluble modified polyamide compound and a hydrophobic compound.
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