JP2002255664A - C/c複合材及びその製造方法 - Google Patents
C/c複合材及びその製造方法Info
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- JP2002255664A JP2002255664A JP2001059738A JP2001059738A JP2002255664A JP 2002255664 A JP2002255664 A JP 2002255664A JP 2001059738 A JP2001059738 A JP 2001059738A JP 2001059738 A JP2001059738 A JP 2001059738A JP 2002255664 A JP2002255664 A JP 2002255664A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 材質強度の高位化と熱伝導率の低位化とを両
立したC/C複合材と、その製造方法を提供する。 【解決手段】 引張強度が100MPa 以上、曲げ強度が
50MPa 以上、積層方向の熱伝導率1〜6W/mk(室温〜
1200℃)の物性を備えるC/C複合材。その製造方法
は、引張強度が3000〜6000 MPa、引張弾性率が
200〜350 GPa、室温における熱伝導率が3〜50
W/mkの炭素繊維フィラメントを5000〜15000本
集束した繊維束を用いて作製した炭素繊維織布に、熱硬
化性樹脂を含浸、加熱硬化して得られた体積含有率(Vf)
35〜65%のプリプレグ成形体を焼成炭化する。
立したC/C複合材と、その製造方法を提供する。 【解決手段】 引張強度が100MPa 以上、曲げ強度が
50MPa 以上、積層方向の熱伝導率1〜6W/mk(室温〜
1200℃)の物性を備えるC/C複合材。その製造方法
は、引張強度が3000〜6000 MPa、引張弾性率が
200〜350 GPa、室温における熱伝導率が3〜50
W/mkの炭素繊維フィラメントを5000〜15000本
集束した繊維束を用いて作製した炭素繊維織布に、熱硬
化性樹脂を含浸、加熱硬化して得られた体積含有率(Vf)
35〜65%のプリプレグ成形体を焼成炭化する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高い材質強度を有
するとともに熱伝導率が低いC/C複合材(炭素繊維強
化炭素複合材)、及びその製造方法に関する。
するとともに熱伝導率が低いC/C複合材(炭素繊維強
化炭素複合材)、及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】C/C複合材は、炭素繊維の複合化によ
る卓越した比強度、比弾性率を有し、特に1000℃を
超える高温においても比強度、比弾性率に優れ、また、
炭素材特有の軽量性と優れた耐熱性および化学的安定性
を備えているため、航空・宇宙機用の構造材料をはじ
め、高温苛酷な条件下で使用される各種部材、例えばC
Z法による単結晶引上用のルツボ、ヒータ、炉材、断熱
材などの各種高温用の部材として有用されている。
る卓越した比強度、比弾性率を有し、特に1000℃を
超える高温においても比強度、比弾性率に優れ、また、
炭素材特有の軽量性と優れた耐熱性および化学的安定性
を備えているため、航空・宇宙機用の構造材料をはじ
め、高温苛酷な条件下で使用される各種部材、例えばC
Z法による単結晶引上用のルツボ、ヒータ、炉材、断熱
材などの各種高温用の部材として有用されている。
【0003】C/C複合材は、通常、マトリックスとな
る熱硬化性樹脂液を含浸した炭素繊維の織布を積層し、
プレス等で圧縮して所定形状に成形したプリプレグ成形
体を非酸化性雰囲気中で焼成炭化する方法により製造さ
れている。この製造プロセスにおいて、圧縮成形時に相
当量の熱硬化性樹脂液が外部に圧出したり、プリプレグ
成形体を焼成炭化する過程で熱硬化性樹脂に含まれる揮
発性成分が揮散するために、得られるC/C複合材の材
質組織には微細な空孔が生じ、低密度化、低強度化する
難点がある。
る熱硬化性樹脂液を含浸した炭素繊維の織布を積層し、
プレス等で圧縮して所定形状に成形したプリプレグ成形
体を非酸化性雰囲気中で焼成炭化する方法により製造さ
れている。この製造プロセスにおいて、圧縮成形時に相
当量の熱硬化性樹脂液が外部に圧出したり、プリプレグ
成形体を焼成炭化する過程で熱硬化性樹脂に含まれる揮
発性成分が揮散するために、得られるC/C複合材の材
質組織には微細な空孔が生じ、低密度化、低強度化する
難点がある。
【0004】そこで、強度低下を補うためにC/C複合
材の組織の空孔中に、熱硬化性樹脂あるいは石炭系や石
油系のピッチを強制含浸したのち焼成する二次的な緻密
化処理が一般に行われている。この緻密化処理により材
質組織が緻密化され、高強度化ならびに高密度化を図る
ことができる。
材の組織の空孔中に、熱硬化性樹脂あるいは石炭系や石
油系のピッチを強制含浸したのち焼成する二次的な緻密
化処理が一般に行われている。この緻密化処理により材
質組織が緻密化され、高強度化ならびに高密度化を図る
ことができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このC
/C複合材を、例えば、断熱材等の用途に使用する場合
には、材質組織が緻密化して熱伝導率が高くなるため適
当でない。すなわち、C/C複合材の材質強度の高位化
と熱伝導率の低位化とは、改良する物性指向が相反する
ものとなるために、一般的に両立改良が困難となる。
/C複合材を、例えば、断熱材等の用途に使用する場合
には、材質組織が緻密化して熱伝導率が高くなるため適
当でない。すなわち、C/C複合材の材質強度の高位化
と熱伝導率の低位化とは、改良する物性指向が相反する
ものとなるために、一般的に両立改良が困難となる。
【0006】本発明者らは、上記の問題点を解消するた
めに鋭意研究を行った結果、C/C複合材の物性を設計
するに当たり、使用する炭素繊維の強度特性や熱特性、
あるいは成形時の炭素繊維の含有率等を制御することに
より、得られたC/C複合材の強度特性の高位化と熱伝
導率の低位化とを両立し得ることを確認した。
めに鋭意研究を行った結果、C/C複合材の物性を設計
するに当たり、使用する炭素繊維の強度特性や熱特性、
あるいは成形時の炭素繊維の含有率等を制御することに
より、得られたC/C複合材の強度特性の高位化と熱伝
導率の低位化とを両立し得ることを確認した。
【0007】本発明は、この知見に基づいて完成したも
のであって、その目的は、高い材質強度を備えるととも
に熱伝導率が低く、高温苛酷な条件下で使用される各種
構造部材として有用な、例えば、CZ法による単結晶引
上用の装置に用いられる断熱材などをはじめとして各種
断熱材として有用なC/C複合材、及びその製造方法を
提供することにある。
のであって、その目的は、高い材質強度を備えるととも
に熱伝導率が低く、高温苛酷な条件下で使用される各種
構造部材として有用な、例えば、CZ法による単結晶引
上用の装置に用いられる断熱材などをはじめとして各種
断熱材として有用なC/C複合材、及びその製造方法を
提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるC/C複合材は、引張強度が100MP
a以上、曲げ強度が50 MPa以上、積層方向の熱伝導率
が1〜6 W/mk(室温〜1200℃)の物性を備えることを
構成上の特徴とする。
めの本発明によるC/C複合材は、引張強度が100MP
a以上、曲げ強度が50 MPa以上、積層方向の熱伝導率
が1〜6 W/mk(室温〜1200℃)の物性を備えることを
構成上の特徴とする。
【0009】また、このC/C複合材の製造方法は、引
張強度が3000〜6000 MPa、引張弾性率が200
〜350 GPa、室温における熱伝導率が3〜50 W/mk
の炭素繊維フィラメントを5000〜15000本集束
した繊維束を用いて作製した炭素繊維織布に、熱硬化性
樹脂を含浸、加熱硬化して得られた体積含有率(Vf)が3
5〜65%のプリプレグ成形体を焼成炭化することを構
成上の特徴とする。
張強度が3000〜6000 MPa、引張弾性率が200
〜350 GPa、室温における熱伝導率が3〜50 W/mk
の炭素繊維フィラメントを5000〜15000本集束
した繊維束を用いて作製した炭素繊維織布に、熱硬化性
樹脂を含浸、加熱硬化して得られた体積含有率(Vf)が3
5〜65%のプリプレグ成形体を焼成炭化することを構
成上の特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】C/C複合材を構成する強化材と
なる炭素繊維にはアクリル系、レーヨン系、ピッチ系な
どの原料系から製造された平織り、朱子織り、綾織り等
の織布が用いられる。また、C/C複合材のマトリック
スを構成する熱硬化性樹脂にはフェノール系、フラン
系、エポキシ系等の残炭率が50重量%以上の熱硬化性
樹脂が好適に用いられる。
なる炭素繊維にはアクリル系、レーヨン系、ピッチ系な
どの原料系から製造された平織り、朱子織り、綾織り等
の織布が用いられる。また、C/C複合材のマトリック
スを構成する熱硬化性樹脂にはフェノール系、フラン
系、エポキシ系等の残炭率が50重量%以上の熱硬化性
樹脂が好適に用いられる。
【0011】本発明のC/C複合材は、引張強度が10
0 MPa以上、曲げ強度が50 MPa以上の材質強度を有
し、積層方向の熱伝導率が1〜6 W/mk(室温〜1200
℃)の物性を備えたものである。引張強度が100 MP
a、曲げ強度が50 MPaを下回る場合には、高温苛酷な
条件下で使用される各種構造部材として材質強度が充分
でなく、また積層方向の熱伝導率が1〜6 W/mk(室温
〜1200℃)にないと、断熱性能が低く、断熱材等として
充分に機能しないためである。
0 MPa以上、曲げ強度が50 MPa以上の材質強度を有
し、積層方向の熱伝導率が1〜6 W/mk(室温〜1200
℃)の物性を備えたものである。引張強度が100 MP
a、曲げ強度が50 MPaを下回る場合には、高温苛酷な
条件下で使用される各種構造部材として材質強度が充分
でなく、また積層方向の熱伝導率が1〜6 W/mk(室温
〜1200℃)にないと、断熱性能が低く、断熱材等として
充分に機能しないためである。
【0012】これらの物性を備えたC/C複合材は、引
張強度が3000〜6000 MPa、引張弾性率が200
〜350 GPa、室温における熱伝導率が3〜50 W/mk
の炭素繊維フィラメントを5000〜15000本集束
した繊維束を用いて作製した炭素繊維織布に、熱硬化性
樹脂を含浸、加熱硬化して得られた体積含有率(Vf)が3
5〜65%のプリプレグ成形体を焼成炭化することによ
り製造される。
張強度が3000〜6000 MPa、引張弾性率が200
〜350 GPa、室温における熱伝導率が3〜50 W/mk
の炭素繊維フィラメントを5000〜15000本集束
した繊維束を用いて作製した炭素繊維織布に、熱硬化性
樹脂を含浸、加熱硬化して得られた体積含有率(Vf)が3
5〜65%のプリプレグ成形体を焼成炭化することによ
り製造される。
【0013】炭素繊維織布を形成する炭素繊維には、引
張強度が3000〜6000 MPa、引張弾性率が200
〜350 GPa、室温における熱伝導率が3〜50 W/mk
の炭素繊維が用いられる。
張強度が3000〜6000 MPa、引張弾性率が200
〜350 GPa、室温における熱伝導率が3〜50 W/mk
の炭素繊維が用いられる。
【0014】炭素繊維の引張強度が3000 MPaを下回
り、引張弾性率が200 GPa未満であると、作製された
C/C複合材の材質強度が低く、引張強度が100 MP
a、曲げ強度が50 MPa以上のものを製造することがで
きない。一方、炭素繊維の引張強度が6000 MPa、及
び引張弾性率が350 GPa、を越えるとC/C複合材の
熱伝導率が大きくなり、断熱性能が低下することにな
る。また、炭素繊維の室温における熱伝導率が3 W/mk
未満であると作製したC/C複合材の強度が低く、一
方、50 W/mkを上回るとC/C複合材の熱伝導性が高
く、断熱性能が悪化するためである。
り、引張弾性率が200 GPa未満であると、作製された
C/C複合材の材質強度が低く、引張強度が100 MP
a、曲げ強度が50 MPa以上のものを製造することがで
きない。一方、炭素繊維の引張強度が6000 MPa、及
び引張弾性率が350 GPa、を越えるとC/C複合材の
熱伝導率が大きくなり、断熱性能が低下することにな
る。また、炭素繊維の室温における熱伝導率が3 W/mk
未満であると作製したC/C複合材の強度が低く、一
方、50 W/mkを上回るとC/C複合材の熱伝導性が高
く、断熱性能が悪化するためである。
【0015】炭素繊維織布には、これらの特性を有する
炭素繊維のフィラメントを5000〜15000本集束
して繊維束を作製し、この繊維束を用いて作製した平織
り、朱子織り、綾織り等の織布が使用される。繊維束の
フィラメント数が5000本未満の織布を使用した場合
にはC/C複合材の熱伝導性が大きくなるため、断熱性
能が低下する。しかし、フィラメント数が15000本
を越えるとC/C複合材の強度が小さくなるので、フィ
ラメント数5000〜15000本の繊維束が用いられ
る。
炭素繊維のフィラメントを5000〜15000本集束
して繊維束を作製し、この繊維束を用いて作製した平織
り、朱子織り、綾織り等の織布が使用される。繊維束の
フィラメント数が5000本未満の織布を使用した場合
にはC/C複合材の熱伝導性が大きくなるため、断熱性
能が低下する。しかし、フィラメント数が15000本
を越えるとC/C複合材の強度が小さくなるので、フィ
ラメント数5000〜15000本の繊維束が用いられ
る。
【0016】この炭素繊維織布に熱硬化性樹脂を含浸し
て、半硬化することによりプリプレグシートが作製され
る。熱硬化性樹脂の含浸は、炭素繊維織布を熱硬化性樹
脂に浸漬する、または、熱硬化性樹脂を塗布する等の方
法で行われる。このプリプレグシートを積層して加熱
し、樹脂を硬化させることにより所望形状のプリプレグ
成形体を作製する。この場合、プリプレグ成形体の炭素
繊維の体積含有率(Vf)が35〜65%の範囲になるよう
に加圧成形する。体積含有率(Vf)が35%未満では、製
造したC/C複合材中に気孔が多く存在するため熱伝導
性が低く、断熱性能は良好であるが、強度が低くなる。
しかし、体積含有率(Vf)が65%を越えるとC/C複合
材中の気孔が少なく、材質強度は高くなるが、熱伝導性
も良好になるため断熱性能が低下することになる。
て、半硬化することによりプリプレグシートが作製され
る。熱硬化性樹脂の含浸は、炭素繊維織布を熱硬化性樹
脂に浸漬する、または、熱硬化性樹脂を塗布する等の方
法で行われる。このプリプレグシートを積層して加熱
し、樹脂を硬化させることにより所望形状のプリプレグ
成形体を作製する。この場合、プリプレグ成形体の炭素
繊維の体積含有率(Vf)が35〜65%の範囲になるよう
に加圧成形する。体積含有率(Vf)が35%未満では、製
造したC/C複合材中に気孔が多く存在するため熱伝導
性が低く、断熱性能は良好であるが、強度が低くなる。
しかし、体積含有率(Vf)が65%を越えるとC/C複合
材中の気孔が少なく、材質強度は高くなるが、熱伝導性
も良好になるため断熱性能が低下することになる。
【0017】このようにして作製された炭素繊維/硬化
樹脂からなるプリプレグ成形体は、常法により非酸化性
雰囲気に保持された加熱炉中で加熱処理して、樹脂を焼
成炭化することによりC/C複合材が製造される。焼成
炭化は、通常800℃以上の温度で行い、好ましくは、
更に高温で、例えば2000℃程度の高温で熱処理す
る。
樹脂からなるプリプレグ成形体は、常法により非酸化性
雰囲気に保持された加熱炉中で加熱処理して、樹脂を焼
成炭化することによりC/C複合材が製造される。焼成
炭化は、通常800℃以上の温度で行い、好ましくは、
更に高温で、例えば2000℃程度の高温で熱処理す
る。
【0018】このようにして、炭素繊維の物理的性状を
特定し、かつ炭素繊維フィラメントの集束数を特定した
炭素繊維束を用いて作製した炭素繊維織布に、熱硬化性
樹脂を含浸して加熱硬化して成形体を作製し、成形体中
の炭素繊維の体積含有率(Vf)を特定範囲に設定、制御す
ることにより、材質強度が高く、熱伝導率が低いC/C
複合材を得ることができる。すなわち、高比強度、低熱
伝導率の両物性を併有し、高温苛酷な条件下で使用され
る各種構造部材として、例えば、CZ法による単結晶引
上用装置に用いられる断熱材をはじめとして各種断熱材
として好適に使用されるC/C複合材が製造される。
特定し、かつ炭素繊維フィラメントの集束数を特定した
炭素繊維束を用いて作製した炭素繊維織布に、熱硬化性
樹脂を含浸して加熱硬化して成形体を作製し、成形体中
の炭素繊維の体積含有率(Vf)を特定範囲に設定、制御す
ることにより、材質強度が高く、熱伝導率が低いC/C
複合材を得ることができる。すなわち、高比強度、低熱
伝導率の両物性を併有し、高温苛酷な条件下で使用され
る各種構造部材として、例えば、CZ法による単結晶引
上用装置に用いられる断熱材をはじめとして各種断熱材
として好適に使用されるC/C複合材が製造される。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
明する。
【0020】実施例1 引張強度が4000 MPa、引張弾性率が250 GPa、熱
伝導率(室温)が6 W/mkのポリアクリロニトリル系炭
素繊維フィラメント12,000本を集束した繊維束を
用いて作製した平織り布に、フェノール樹脂初期縮合物
を塗布し、48時間風乾してプリプレグシートを作製し
た。このプリプレグシートを10枚積層してモールドに
入れ、20kg/cm2 の加圧下に130℃の温度で10時
間、次いで、250℃の温度で3時間加熱硬化して、V
fが50%のプリプレグ成形体を作製した。このプリプ
レグ成形体を窒素ガス雰囲気に保持された加熱炉に入
れ、20℃/hrの昇温速度で1000℃に昇温して1時
間保持した後、更に50℃/hrの昇温速度で2000℃
に加熱して、縦500mm、横500mm、厚さ8mmの板状
C/C複合材を製造した。
伝導率(室温)が6 W/mkのポリアクリロニトリル系炭
素繊維フィラメント12,000本を集束した繊維束を
用いて作製した平織り布に、フェノール樹脂初期縮合物
を塗布し、48時間風乾してプリプレグシートを作製し
た。このプリプレグシートを10枚積層してモールドに
入れ、20kg/cm2 の加圧下に130℃の温度で10時
間、次いで、250℃の温度で3時間加熱硬化して、V
fが50%のプリプレグ成形体を作製した。このプリプ
レグ成形体を窒素ガス雰囲気に保持された加熱炉に入
れ、20℃/hrの昇温速度で1000℃に昇温して1時
間保持した後、更に50℃/hrの昇温速度で2000℃
に加熱して、縦500mm、横500mm、厚さ8mmの板状
C/C複合材を製造した。
【0021】実施例2 実施例1と同じ方法で作製したプリプレグシートを10
枚積層し、圧力20kg/cm2 、温度130℃の条件によ
り、オートクレーブ成形して、Vf60%のプリプレグ
成形体を作製した。このプリプレグ成形体を窒素ガス雰
囲気に保持された加熱炉に入れ、20℃/hrの昇温速度
で1000℃に昇温して1時間保持した後、更に50℃
/hrの昇温速度で2000℃に加熱して、φ500mm、
厚さ8mmの円筒状C/C複合材を製造した。
枚積層し、圧力20kg/cm2 、温度130℃の条件によ
り、オートクレーブ成形して、Vf60%のプリプレグ
成形体を作製した。このプリプレグ成形体を窒素ガス雰
囲気に保持された加熱炉に入れ、20℃/hrの昇温速度
で1000℃に昇温して1時間保持した後、更に50℃
/hrの昇温速度で2000℃に加熱して、φ500mm、
厚さ8mmの円筒状C/C複合材を製造した。
【0022】実施例3 引張強度が5000 MPa、引張弾性率が240 GPa、熱
伝導率(室温)が5 W/mkのポリアクリロニトリル系炭
素繊維フィラメント6,000本を集束した繊維束を用
いて作製した平織り布に、フェノール樹脂初期縮合物を
塗布し、48時間風乾してプリプレグシートを作製し
た。このプリプレグシートをテンションをかけた状態
で、マンドレルに15回巻き付け、130℃の温度で1
0時間加熱硬化して、Vfが50%のプリプレグ成形体
を作製した。プリプレグ成形体を窒素ガス雰囲気に保持
された加熱炉に入れ、20℃/hrの昇温速度で1000
℃に昇温して1時間保持した後、更に50℃/hrの昇温
速度で2000℃に加熱して、φ800mm、厚さ8mmの
円筒状C/C複合材を製造した。
伝導率(室温)が5 W/mkのポリアクリロニトリル系炭
素繊維フィラメント6,000本を集束した繊維束を用
いて作製した平織り布に、フェノール樹脂初期縮合物を
塗布し、48時間風乾してプリプレグシートを作製し
た。このプリプレグシートをテンションをかけた状態
で、マンドレルに15回巻き付け、130℃の温度で1
0時間加熱硬化して、Vfが50%のプリプレグ成形体
を作製した。プリプレグ成形体を窒素ガス雰囲気に保持
された加熱炉に入れ、20℃/hrの昇温速度で1000
℃に昇温して1時間保持した後、更に50℃/hrの昇温
速度で2000℃に加熱して、φ800mm、厚さ8mmの
円筒状C/C複合材を製造した。
【0023】比較例1 引張強度が500 MPa、引張弾性率が30 GPa、熱伝導
率(室温)が2 W/mkのピッチ系炭素繊維チョップを抄
紙したシートを、フェノール樹脂初期縮合物中に浸漬し
てフェノール樹脂初期縮合物を含浸し、48時間風乾し
てプリプレグシートを作製した。このプリプレグシート
を10枚積層してモールドに入れ、20kg/cm2 の加圧
下に130℃の温度で10時間、次いで、250℃の温
度で3時間加熱硬化して、Vfが30%のプリプレグ成
形体を作製した。このプリプレグ成形体を窒素ガス雰囲
気に保持された加熱炉に入れ、20℃/hrの昇温速度で
1000℃に昇温して1時間保持した後、更に50℃/
hrの昇温速度で2000℃に加熱して、縦500mm、横
500mm、厚さ8mmの板状C/C複合材を製造した。
率(室温)が2 W/mkのピッチ系炭素繊維チョップを抄
紙したシートを、フェノール樹脂初期縮合物中に浸漬し
てフェノール樹脂初期縮合物を含浸し、48時間風乾し
てプリプレグシートを作製した。このプリプレグシート
を10枚積層してモールドに入れ、20kg/cm2 の加圧
下に130℃の温度で10時間、次いで、250℃の温
度で3時間加熱硬化して、Vfが30%のプリプレグ成
形体を作製した。このプリプレグ成形体を窒素ガス雰囲
気に保持された加熱炉に入れ、20℃/hrの昇温速度で
1000℃に昇温して1時間保持した後、更に50℃/
hrの昇温速度で2000℃に加熱して、縦500mm、横
500mm、厚さ8mmの板状C/C複合材を製造した。
【0024】比較例2 引張強度が2000 MPa、引張弾性率が500 GPa、熱
伝導率(室温)が110 W/mkのポリアクリロニトリル
系炭素繊維フィラメント12,000本を集束した繊維
束を用いて作製した平織り布に、フェノール樹脂初期縮
合物を塗布し、48時間風乾してプリプレグシートを作
製した。このプリプレグシートを25枚積層してモール
ドに入れ、20kg/cm2 の加圧下に130℃の温度で1
0時間、次いで、250℃の温度で3時間加熱硬化し
て、Vfが60%のプリプレグ成形体を作製した。この
プリプレグ成形体を窒素ガス雰囲気に保持された加熱炉
に入れ、20℃/hrの昇温速度で1000℃に昇温して
1時間保持した後、更に50℃/hrの昇温速度で200
0℃に加熱して、縦500mm、横500mm、厚さ8mmの
板状C/C複合材を製造した。
伝導率(室温)が110 W/mkのポリアクリロニトリル
系炭素繊維フィラメント12,000本を集束した繊維
束を用いて作製した平織り布に、フェノール樹脂初期縮
合物を塗布し、48時間風乾してプリプレグシートを作
製した。このプリプレグシートを25枚積層してモール
ドに入れ、20kg/cm2 の加圧下に130℃の温度で1
0時間、次いで、250℃の温度で3時間加熱硬化し
て、Vfが60%のプリプレグ成形体を作製した。この
プリプレグ成形体を窒素ガス雰囲気に保持された加熱炉
に入れ、20℃/hrの昇温速度で1000℃に昇温して
1時間保持した後、更に50℃/hrの昇温速度で200
0℃に加熱して、縦500mm、横500mm、厚さ8mmの
板状C/C複合材を製造した。
【0025】比較例3 引張強度が4000 MPa、引張弾性率が250 GPa、熱
伝導率(室温)が6 W/mkのポリアクリロニトリル系炭
素繊維フィラメント12,000本を集束した繊維束を
用いて作製した平織り布に、フェノール樹脂初期縮合物
を塗布し、48時間風乾してプリプレグシートを作製し
た。このプリプレグシートを6枚積層してモールドに入
れ、20kg/cm2 の加圧下に130℃の温度で10時
間、次いで、250℃の温度で3時間加熱硬化して、V
fが30%のプリプレグ成形体を作製した。このプリプ
レグ成形体を窒素ガス雰囲気に保持された加熱炉に入
れ、20℃/hrの昇温速度で1000℃に昇温して1時
間保持した後、更に50℃/hrの昇温速度で2000℃
に加熱して、縦500mm、横500mm、厚さ8mmの板状
C/C複合材を製造した。
伝導率(室温)が6 W/mkのポリアクリロニトリル系炭
素繊維フィラメント12,000本を集束した繊維束を
用いて作製した平織り布に、フェノール樹脂初期縮合物
を塗布し、48時間風乾してプリプレグシートを作製し
た。このプリプレグシートを6枚積層してモールドに入
れ、20kg/cm2 の加圧下に130℃の温度で10時
間、次いで、250℃の温度で3時間加熱硬化して、V
fが30%のプリプレグ成形体を作製した。このプリプ
レグ成形体を窒素ガス雰囲気に保持された加熱炉に入
れ、20℃/hrの昇温速度で1000℃に昇温して1時
間保持した後、更に50℃/hrの昇温速度で2000℃
に加熱して、縦500mm、横500mm、厚さ8mmの板状
C/C複合材を製造した。
【0026】このようにして製造したC/C複合材から
試験サンプルを切り出して、下記の方法によりその物性
を測定して、得られた結果を表1に示した。 (1)引張強度;厚さ2mm、長さ200mm、幅25mmの短
冊形状に加工して、掴み部分の長さ40mm、ゲージ部長
さ110mmとして試験片とした。この試験片にクロスヘ
ッド速度5mm/min で引っ張り荷重を加えて、破壊荷重
を測定した。 (2)曲げ強度;厚さ2mm、長さ100mm、幅15mmに加
工して試験片とし、スパン80mm、クロスヘッド速度5
mm/min で曲げ荷重を加えて、破壊荷重を測定した。 (3)熱伝導率;厚さ1.5mm、φ10mmの円板に加工し
た試験片をレーザーフラッシュ法により、積層方向の熱
伝導率(室温及び1200℃)を測定した。
試験サンプルを切り出して、下記の方法によりその物性
を測定して、得られた結果を表1に示した。 (1)引張強度;厚さ2mm、長さ200mm、幅25mmの短
冊形状に加工して、掴み部分の長さ40mm、ゲージ部長
さ110mmとして試験片とした。この試験片にクロスヘ
ッド速度5mm/min で引っ張り荷重を加えて、破壊荷重
を測定した。 (2)曲げ強度;厚さ2mm、長さ100mm、幅15mmに加
工して試験片とし、スパン80mm、クロスヘッド速度5
mm/min で曲げ荷重を加えて、破壊荷重を測定した。 (3)熱伝導率;厚さ1.5mm、φ10mmの円板に加工し
た試験片をレーザーフラッシュ法により、積層方向の熱
伝導率(室温及び1200℃)を測定した。
【0027】
【表1】
【0028】表1の結果から、実施例のC/C複合材は
引張強度、曲げ強度の材質強度が高いにも係わらず、室
温及び1200℃の温度における熱伝導率が小さく、高
比強度と低熱伝導率の両物性を併有していることが認め
られる。これに対して、比較例1のC/C複合材は熱伝
導率は充分に低いものの材質強度が極めて低く、また比
較例2のC/C複合材は材質強度及び熱伝導率がともに
大きいことが判る。また、比較例3のC/C複合材は実
施例のC/C複合材に比べて熱伝導率は低位にあるが、
材質強度が低いことが認められる。
引張強度、曲げ強度の材質強度が高いにも係わらず、室
温及び1200℃の温度における熱伝導率が小さく、高
比強度と低熱伝導率の両物性を併有していることが認め
られる。これに対して、比較例1のC/C複合材は熱伝
導率は充分に低いものの材質強度が極めて低く、また比
較例2のC/C複合材は材質強度及び熱伝導率がともに
大きいことが判る。また、比較例3のC/C複合材は実
施例のC/C複合材に比べて熱伝導率は低位にあるが、
材質強度が低いことが認められる。
【0029】
【発明の効果】以上のとおり、本発明のC/C複合材は
高比強度、低熱伝導率の両物性を併有しており、高温苛
酷な条件下で使用される各種構造部材として有用であ
り、特に断熱材として、例えばCZ法による単結晶引上
装置の整流筒(リフレクター)をはじめ種々の断熱材と
して好適に使用することができる。また、本発明の製造
方法によれば、炭素繊維織布を構成する炭素繊維の強度
特性及び熱伝導率、繊維束の炭素繊維フィラメント数、
更に、プリプレグ成形体の炭素繊維体積含有率(Vf)等を
特定し、設定、制御することにより、強度特性の高位化
と熱伝導率の低位化とを両立することができ、高比強
度、低熱伝導率の両物性を併有するC/C複合材の製造
が可能となる。
高比強度、低熱伝導率の両物性を併有しており、高温苛
酷な条件下で使用される各種構造部材として有用であ
り、特に断熱材として、例えばCZ法による単結晶引上
装置の整流筒(リフレクター)をはじめ種々の断熱材と
して好適に使用することができる。また、本発明の製造
方法によれば、炭素繊維織布を構成する炭素繊維の強度
特性及び熱伝導率、繊維束の炭素繊維フィラメント数、
更に、プリプレグ成形体の炭素繊維体積含有率(Vf)等を
特定し、設定、制御することにより、強度特性の高位化
と熱伝導率の低位化とを両立することができ、高比強
度、低熱伝導率の両物性を併有するC/C複合材の製造
が可能となる。
Claims (2)
- 【請求項1】 引張強度が100 MPa以上、曲げ強度が
50 MPa以上、積層方向の熱伝導率が1〜6 W/mk(室
温〜1200℃)の物性を備えることを特徴とするC/C複
合材。 - 【請求項2】 引張強度が3000〜6000 MPa、引
張弾性率が200〜350 GPa、室温における熱伝導率
が3〜50 W/mkの炭素繊維フィラメントを5000〜
15000本集束した繊維束を用いて作製した炭素繊維
織布に、熱硬化性樹脂を含浸、加熱硬化して得られた体
積含有率(Vf)35〜65%のプリプレグ成形体を焼成炭
化することを特徴とするC/C複合材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001059738A JP2002255664A (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | C/c複合材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001059738A JP2002255664A (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | C/c複合材及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002255664A true JP2002255664A (ja) | 2002-09-11 |
Family
ID=18919257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001059738A Pending JP2002255664A (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | C/c複合材及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002255664A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011118757A1 (ja) | 2010-03-26 | 2011-09-29 | 東洋炭素株式会社 | C/cコンポジット材及びその製造方法 |
JP2012101979A (ja) * | 2010-11-10 | 2012-05-31 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミック焼結体の製造方法およびグロープラグの製造方法 |
CN104261852A (zh) * | 2014-09-01 | 2015-01-07 | 上海鼎炘实业有限公司 | 一种碳碳复合隔热材料的制备方法 |
EP1659331A4 (en) * | 2003-08-28 | 2015-09-16 | Mitsubishi Rayon Co | HIGH-PERFORMANCE PRESSURE RESERVOIR AND CARBON FIBER FOR PRESSURE TANK |
JP2017057112A (ja) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | 大阪ガスケミカル株式会社 | 表面処理された成形断熱材及びその製造方法 |
CN109735059A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-05-10 | 佛山市石金科技有限公司 | 一种碳纤维增强基复合材料及其制备方法 |
-
2001
- 2001-03-05 JP JP2001059738A patent/JP2002255664A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1659331A4 (en) * | 2003-08-28 | 2015-09-16 | Mitsubishi Rayon Co | HIGH-PERFORMANCE PRESSURE RESERVOIR AND CARBON FIBER FOR PRESSURE TANK |
EP3273137A1 (en) * | 2003-08-28 | 2018-01-24 | Mitsubishi Chemical Corporation | High-performance pressure vessel and carbon fiber for pressure vessel |
WO2011118757A1 (ja) | 2010-03-26 | 2011-09-29 | 東洋炭素株式会社 | C/cコンポジット材及びその製造方法 |
JP2012101979A (ja) * | 2010-11-10 | 2012-05-31 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミック焼結体の製造方法およびグロープラグの製造方法 |
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CN109735059A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-05-10 | 佛山市石金科技有限公司 | 一种碳纤维增强基复合材料及其制备方法 |
CN109735059B (zh) * | 2019-01-30 | 2021-06-01 | 佛山市石金科技有限公司 | 一种碳纤维增强基复合材料及其制备方法 |
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