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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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 |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
| 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 |
| 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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