JP2000272975A - 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 織物を使用しても機械的及び物理的、化学的
性質が優れているとともに、製造の容易なＣ／Ｃコンポ
ジットの製造方法を提供する。 【解決手段】 積層した炭素繊維織物１１の各層間にマ
トリックス結合材を含浸させた接着シート１２を挟んで
ホットプレス機により加圧成形する。接着シート１２
は、マトリックス結合材を含浸させた有機繊維、無機繊
維若しくは炭素繊維の何れかの織物若しくは不織布を用
いる。接着シート１２に対するマトリックス結合材の含
浸量が、５０〜８０重量％である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維強化炭素
複合材料（以下Ｃ／Ｃコンポジットという）の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に炭素繊維織物をＣ／Ｃコンポジッ
トとする際は、経糸及び緯糸の各糸が９０°の交叉角で
織られた二軸織組織の炭素繊維布を基材としたり、或い
は６０°の角度で交叉している２方向の経糸に緯糸が組
織し、各糸が６０°の交叉角で織られた三軸織組織の炭
素繊維布を基材とし、マトリックス結合材（フェノール
樹脂等の合成（熱硬化性）樹脂やコールタールピッチ）
を含浸させてプリプレグシートを作製した後、積層・加
圧成形及び焼成炭化処理を施して製造している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにＣ／Ｃコンポジットを製造する場合、炭素繊維織
物にマトリックス結合材を含浸させてプリプレグシート
を作製したり、コールタールピッチ等による緻密化処理
を多数回繰り返さなければ十分な性能を発現しないた
め、製造に時間がかかるという問題点があった。また、
層間の剥離強度が不十分であった。本発明は上記にした
問題点を解決するためになされたもので、織物を使用し
ても機械的及び物理的、化学的性質が優れているととも
に、製造の容易なＣ／Ｃコンポジットの製造方法を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の請求項１に記載のＣ／Ｃコンポジットの製
造方法は、積層した炭素繊維織物の各層間にマトリック
ス結合材を含浸させた接着シートを挟んで成形したこと
を特徴とする。

【０００５】請求項２に記載の本発明のＣ／Ｃコンポジ
ットの製造方法は、請求項１に記載の構成において、前
記接着シートは、マトリックス結合材を含浸させた有機
繊維、無機繊維若しくは炭素繊維の何れかの織物若しく
は不織布であることを特徴とする。

【０００６】また、請求項３に記載の本発明のＣ／Ｃコ
ンポジットの製造方法は、請求項１又は請求項２に記載
の構成において、前記接着シートに対するマトリックス
結合材の含浸量が、５０〜８０重量％であることを特徴
とする。

【０００７】

【発明の作用効果】請求項１に記載のＣ／Ｃコンポジッ
トの製造方法によれば、接着シートを炭素繊維織物の層
間に挟み込むことにより、該接着シートに含浸されたマ
トリックス結合材が炭素繊維織物に浸透するため、炭素
繊維織物にマトリックス結合材を含浸させてプリプレグ
を作製する必要がない。しかも、接着シートが炭素繊維
織物間の空隙を埋めるからＣ／Ｃコンポジットを高密度
化することができる。また、接着シートが緩衝材として
作用し、炭素繊維織物どうしが接触して互いの繊維を損
傷してしまうことがない。以上により、従来の製造方法
に比べてコールタールピッチによる緻密化処理の回数が
少くないにもかかわらず優れた物理特性を得ることがで
きる。

【０００８】請求項２に記載のＣ／Ｃコンポジットの製
造方法によれば、接着シートがノボロイド繊維でマトリ
ックス結合材がフェノール樹脂の場合には、マトリック
ス結合材と反応して炭素繊維織物に容易に浸透して、炭
素繊維織物間の空隙を埋めるから、Ｃ／Ｃコンポジット
を高密度化することができる。従って、コールタールピ
ッチによる緻密化処理の回数を少なくすることができ
る。また、接着シートがマトリックス結合材を含浸させ
た炭素質短繊維の不織布の場合は、炭素繊維織物間の空
隙を埋めて高密度化するばかりでなく、炭素繊維織物と
の絡み性が高まり層間剥離強度が向上する。従って、従
来の製造方法に比べてコールタールピッチによる緻密化
処理の回数が少ないにもかかわらず優れた物理特性を得
ることができる。

【０００９】請求項３に記載のＣ／Ｃコンポジットの製
造方法によれば、接着シートに含浸されるマトリックス
結合材は、フェノール樹脂等の合成（熱硬化性）樹脂や
コールタールピッチが使用される。接着シートに対する
マトリックス結合材の含浸量が５０重量％未満である
と、マトリックス結合材が十分に炭素繊維織物に浸透し
ない。一方、８０重量％を超えると余剰のマトリックス
結合材がガス膨れ等を起こし易い。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面を
参照して説明する。図１は、Ｃ／Ｃコンポジットの概略
の構造を示す断面図である。Ｃ／Ｃコンポジットは、炭
素繊維織物１１と接着シート１２を交互に積層した積層
体１３により形成される。接着シート１２は、有機繊
維、無機繊維若しくは炭素繊維からなる織物又は不織布
にフェノール樹脂等の合成（熱硬化性）樹脂やコールタ
ールピッチをマトリックス結合材として含浸させたもの
を使用する。炭素繊維織物１１は、マトリックス結合材
や接着シート１２により、Ｃ／Ｃコンポジットを成形す
る過程で破壊されたり溶解したりしないものを使用す
る。

【００１１】Ｃ／Ｃコンポジットの製造方法を、図２の
ホットプレス機３０の分解正面図を参照して説明する。
先ず、炭素繊維織物１１と接着シート１２を交互に積層
し、容易にずれたりしないように全体を仮止めして積層
体１３を作製する。そして、ホットプレス機３０の所定
温度に加熱された下部鉄板３１と上部鉄板３２間に、下
から順にテフロンシート等の剥離可能な離型フィルム３
３、仮止め状態を解放された上記積層体１３及びその両
側方のスペーサ３４、穴明きフィルム３５、過剰量の溶
融したマトリックス結合材を吸収するためのガラス布３
６、離型フィルム３３を積層して、該ホットプレス機３
０により加圧成形する。そして、マトリックス結合材が
熱硬化性樹脂の場合は、加圧成形と同時に加熱されて硬
化するから、Ｃ／Ｃコンポジットの強度を一層高めるこ
とができる。

【００１２】ホットプレス機３０により加圧成形する
際、溶融した上記マトリックス結合材は、炭素繊維織物
１１間及び積層体１３の内部に存在する隙間に含浸され
て硬化する。従って、硬化後の積層体１３は、接してい
る繊維どうしが強固に固定化されるため、炭素繊維織物
１１のなす面の方向に加えて、その面と交差する方向に
も容易にずれたりしない。そして、積層体１３はスペー
サ３４と同じ厚さに加圧成形される。加圧成形の際、余
剰となったマトリックス結合材は、穴明きフィルム３５
の穴を通ってガラス布３６に吸収される。完全硬化した
積層体１３は、不活性ガス雰囲気に保持された電気炉で
焼成炭化させ、緻密化処理を行った後最終的に黒鉛化処
理してＣ／Ｃコンポジットを製造する。

【００１３】（実施例１）上記実施形態を具体化した実
施例１について説明する。炭素繊維（０．６デニール）
を、三軸織機を用いて製織速度３０ｒｐｍで製織した三
軸織物である炭素繊維織物１１を５０枚作製した。次
に、ノボロイド繊維である接着シート１２にマトリック
ス結合材としてフェノール樹脂溶液を１３０ｇ／ｍ3塗
布して十分含浸させ４８時間風乾した。そして、この炭
素繊維織物１１と接着シート１２を交互に積層して作製
した積層体１３を、容易にずれたりしないように仮止め
し、上記したようにホットプレス機３０にセットして、
圧力１９６０ｋＰａ（２０ｋｇ／ｃｍ2）、温度１７０
℃で加圧成形する。この成形体を２００℃の温度に加熱
して完全硬化させた後、不活性雰囲気に保持された電気
炉で１，０００℃×５時間保持して焼成炭化させた。次
にコールタールピッチを用いた緻密化処理を５回行っ
た。そして、最終的に黒鉛化炉により２，０００℃の温
度で黒鉛化処理を行いＣ／Ｃコンポジットを製造した。

【００１４】（実施例２）実施例２に係るＣ／Ｃコンポ
ジットは、接着シート１２に塗布するフェノール樹脂溶
液を１１０ｋｇ／ｃｍ2とした点のみが相違するだけで
あり、上記実施例１と同一の製造方法により製造した。

【００１５】（実施例３）実施例３に係るＣ／Ｃコンポ
ジットは、接着シート１２に塗布するフェノール樹脂溶
液を９０ｋｇ／ｃｍ2とした点のみが相違するだけであ
り、上記実施例１と同一の製造方法により製造した。

【００１６】（比較例）比較例に係るＣ／Ｃコンポジッ
トは、接着シート１２がチョップ状炭素繊維ペーパであ
る点及び該接着シート１２に塗布するフェノール樹脂溶
液を５０ｋｇ／ｃｍ2とした点が相違するだけであり、
上記実施例１と同一の製造方法により製造した。

【００１７】上記実施例１〜３及び比較例に係るＣ／Ｃ
コンポジットの特性値を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１に示すように実施例１〜３のＣ／Ｃコ
ンポジットは、気孔率、嵩比重、曲げ強度及び層間剪断
強度の何れの特性値についても、比較例のＣ／Ｃコンポ
ジットの特性値を上回った。比較例のものは気孔率が大
で今後も緻密化処理を行う必要があるが、実施例１〜３
は何れも物理特性を満足した。また、実施例３では、接
着シート１２として、チョップ状炭素繊維ペーパを用い
たため、炭素繊維織物（三軸織物）１１とも絡み易く実
施例１、実施例２のＣ／Ｃコンポジットよりもさらに強
度が向上した。

【００２０】表２は、実施例１〜３及び比較例のＣ／Ｃ
コンポジットについて、緻密化処理の回数及び黒鉛化処
理に伴う嵩比重の値を示したものである。表２により明
らかなように、実施例１〜３及び比較例のＣ／Ｃコンポ
ジットとも、嵩比重が密化処理回数増加に伴い増加し、
黒鉛化処理によりさらに増加した。図３はそのグラフで
ある。

【００２１】

【表２】

【００２２】上記各実施例に示されたＣ／Ｃコンポジッ
トの製造方法によれば、接着シート１２を炭素繊維織物
１１の層間に挟み込むことにより、該接着シート１２に
含浸されたマトリックス結合材が炭素繊維織物１１に浸
透するため、炭素繊維織物にマトリックス結合材を含浸
させてプリプレグを作製する必要がないとともに、接着
シート１２が炭素繊維織物１１間の空隙を埋めるからＣ
／Ｃコンポジットを高密度に製造することができる。ま
た、接着シート１２が緩衝材として作用し、炭素繊維織
物１１どうしが接触して互いの繊維を損傷してしまうこ
とがない。

【００２３】接着シート１２がノボロイド繊維でマトリ
ックス結合材がフェノール樹脂の場合には、マトリック
ス結合材と反応して炭素繊維織物１１に容易に浸透し
て、炭素繊維織物１１間の空隙を埋めるから、Ｃ／Ｃコ
ンポジットを高密度化することができる。また、接着シ
ート１２がマトリックス結合材を含浸させた炭素質短繊
維の不織布の場合は、炭素繊維織物１１間の空隙を埋め
て高密度化するばかりでなく、炭素繊維織物１１との絡
み性が高まり層間剥離強度が向上する。従って、従来の
製造方法に比べてコールタールピッチによる緻密化処理
の回数が少ないにもかかわらず優れた物理特性を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＣ／Ｃコンポジットの概略の構造
を示す断面図である。

【図２】ホットプレス機の分解正面図である。

【図３】緻密化処理の回数及び黒鉛化処理に伴うＣ／Ｃ
コンポジットの嵩比重の増加傾向を示したグラフであ
る。

【符号の説明】

１０...Ｃ／Ｃコンポジット １１...炭素繊維織物 １２...接着シート １３...積層体 ３０...ホットプレス機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層した炭素繊維織物の各層間にマトリ
   ックス結合材を含浸させた接着シートを挟んで成形した
   ことを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材料の製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記接着シートは、マトリックス結合材
   を含浸させた有機繊維、無機繊維若しくは炭素繊維の何
   れかの織物若しくは不織布であることを特徴とする請求
   項１に記載の炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。
3. 【請求項３】 前記接着シートに対するマトリックス結
   合材の含浸量が、５０〜８０重量％であることを特徴と
   する請求項１又は請求項２に記載の炭素繊維強化炭素複
   合材料の製造方法。