JP2613568B2 - Ｃ／ｃコンポジットの製造方法 - Google Patents
Ｃ／ｃコンポジットの製造方法Info
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- JP2613568B2 JP2613568B2 JP6309419A JP30941994A JP2613568B2 JP 2613568 B2 JP2613568 B2 JP 2613568B2 JP 6309419 A JP6309419 A JP 6309419A JP 30941994 A JP30941994 A JP 30941994A JP 2613568 B2 JP2613568 B2 JP 2613568B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＣ／Ｃコンポジットの製
造方法に関し、特に、ポリカルボジイミド系熱硬化性樹
脂含有炭素繊維複合材の成形体を焼成してなるＣ／Ｃコ
ンポジットの製造方法に関するものである。
造方法に関し、特に、ポリカルボジイミド系熱硬化性樹
脂含有炭素繊維複合材の成形体を焼成してなるＣ／Ｃコ
ンポジットの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、炭素繊維複合材は、そのすぐれた
強度，高い弾性率，軽量さによって各種構造部材に用い
られている。特に、炭素をマトリックスとして炭素繊維
で強化した炭素複合材料は、Ｃ／Ｃコンポジットと呼ば
れ、主として宇宙開発用の耐熱材料として用いられてい
る。
強度，高い弾性率，軽量さによって各種構造部材に用い
られている。特に、炭素をマトリックスとして炭素繊維
で強化した炭素複合材料は、Ｃ／Ｃコンポジットと呼ば
れ、主として宇宙開発用の耐熱材料として用いられてい
る。
【０００３】例えば、航空機用部品，ゴルフクラブ，テ
ニスラケット等が代表的なものである。さらに高度な応
用としてロケットや人工衛星の部材にも適用されてい
る。
ニスラケット等が代表的なものである。さらに高度な応
用としてロケットや人工衛星の部材にも適用されてい
る。
【０００４】而して、炭素繊維複合材の製造方法は、一
般に熱硬化性樹脂をマトリックスとしたシート状の中間
体を作り、それを積層し熱硬化して成型品を得るもので
ある。また、Ｃ／Ｃコンポジットの製造方法は目的に応
じて種々あるが、一例としてトウからプリプレグを作り
それを適当に積層し硬化させて得られる上記のような炭
素繊維複合材の成形体を不活性雰囲気中で、約１０００
℃で熱処理しマトリックス樹脂を炭素化する方法があ
る。なお、Ｃ／Ｃコンポジットの密度を更に向上させる
ため、樹脂の再含浸・炭化・圧縮を繰り返したり、物理
的特性を向上させるため、更に不活性雰囲気中において
約２０００〜３０００℃で熱処理しマトリックスを黒鉛
化することが行われている。
般に熱硬化性樹脂をマトリックスとしたシート状の中間
体を作り、それを積層し熱硬化して成型品を得るもので
ある。また、Ｃ／Ｃコンポジットの製造方法は目的に応
じて種々あるが、一例としてトウからプリプレグを作り
それを適当に積層し硬化させて得られる上記のような炭
素繊維複合材の成形体を不活性雰囲気中で、約１０００
℃で熱処理しマトリックス樹脂を炭素化する方法があ
る。なお、Ｃ／Ｃコンポジットの密度を更に向上させる
ため、樹脂の再含浸・炭化・圧縮を繰り返したり、物理
的特性を向上させるため、更に不活性雰囲気中において
約２０００〜３０００℃で熱処理しマトリックスを黒鉛
化することが行われている。
【０００５】従来、最も一般的に用いられている炭素繊
維用のマトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂が知ら
れている。
維用のマトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂が知ら
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このエポキシ樹脂は接
着力が高く、層間剪断強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上あり、
高性能の複合材を得られるのであるが、一般に１２０〜
１７０℃で６０分以上という長時間の硬化条件を要する
欠点があり、また、このエポキシ樹脂を用いた炭素繊維
複合材は耐熱性の面においても充分満足すべきものとは
言えず、厳しい高温状態にさらされる宇宙航空分野等に
おいては、更に耐熱性を向上させた炭素繊維複合材の出
現が望まれている。
着力が高く、層間剪断強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上あり、
高性能の複合材を得られるのであるが、一般に１２０〜
１７０℃で６０分以上という長時間の硬化条件を要する
欠点があり、また、このエポキシ樹脂を用いた炭素繊維
複合材は耐熱性の面においても充分満足すべきものとは
言えず、厳しい高温状態にさらされる宇宙航空分野等に
おいては、更に耐熱性を向上させた炭素繊維複合材の出
現が望まれている。
【０００７】一般に炭素繊維複合材の耐熱性は主として
マトリックスを形成する樹脂の耐熱性に依存するところ
が大きい。これは炭素繊維自身は通常問題となる程度の
高温（２５０℃以下）では殆ど影響はみられないからで
ある。
マトリックスを形成する樹脂の耐熱性に依存するところ
が大きい。これは炭素繊維自身は通常問題となる程度の
高温（２５０℃以下）では殆ど影響はみられないからで
ある。
【０００８】従って、上記の要望を満足させる炭素繊維
複合材を得るためには、エポキシ樹脂より速硬化性で且
つ適正な耐熱性を有するマトリックス樹脂が用いられな
ければならない。
複合材を得るためには、エポキシ樹脂より速硬化性で且
つ適正な耐熱性を有するマトリックス樹脂が用いられな
ければならない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上述のような従
来技術の問題点を解決し、エポキシ樹脂より速硬化性で
且つ耐熱性の高いマトリックス樹脂を用いた炭素繊維複
合材を形成した上で、その成形体を不活性雰囲気中で焼
成してなるＣ／Ｃコンポジットの製造方法を提供するこ
とを目的としてなされたもので、その構成の一つは、分
子内に少なくとも２個以上のカルボジイミド基を含むポ
リカルボジイミド樹脂を溶融状態で炭素繊維に含浸させ
てなるプリプレグを積層し熱圧成型して形成した炭素繊
維複合材の成形体を、不活性雰囲気中で焼成することを
特徴とするものであり、また、他の構成は、分子内に少
なくとも２個以上のカルボジイミド基を含むポリカルボ
ジイミド樹脂を溶融状態で炭素繊維に含浸させてなるプ
リプレグを積層し熱圧成型して形成した炭素繊維複合材
の成形体を不活性雰囲気中で焼成してなるＣ／Ｃコンポ
ジットに、ワニス状のカルボジイミド樹脂を含浸させ、
不活性雰囲気中で焼成することを特徴とするものであ
る。
来技術の問題点を解決し、エポキシ樹脂より速硬化性で
且つ耐熱性の高いマトリックス樹脂を用いた炭素繊維複
合材を形成した上で、その成形体を不活性雰囲気中で焼
成してなるＣ／Ｃコンポジットの製造方法を提供するこ
とを目的としてなされたもので、その構成の一つは、分
子内に少なくとも２個以上のカルボジイミド基を含むポ
リカルボジイミド樹脂を溶融状態で炭素繊維に含浸させ
てなるプリプレグを積層し熱圧成型して形成した炭素繊
維複合材の成形体を、不活性雰囲気中で焼成することを
特徴とするものであり、また、他の構成は、分子内に少
なくとも２個以上のカルボジイミド基を含むポリカルボ
ジイミド樹脂を溶融状態で炭素繊維に含浸させてなるプ
リプレグを積層し熱圧成型して形成した炭素繊維複合材
の成形体を不活性雰囲気中で焼成してなるＣ／Ｃコンポ
ジットに、ワニス状のカルボジイミド樹脂を含浸させ、
不活性雰囲気中で焼成することを特徴とするものであ
る。
【００１０】即ち、本発明者は、炭素繊維に対して速硬
化性でエポキシ樹脂並みの接着力を有し、且つ、それ以
上の耐熱性を有するマトリックス樹脂と炭素繊維の組み
合せを見出すべく鋭意研究の結果、前記マトリックス樹
脂としてポリカルボジイミド樹脂を用いればよいことを
知得し、本発明を完成したのであって、本発明の熱硬化
性ポリカルボジイミド樹脂を含有した炭素繊維複合材の
成形体を焼成するＣ／Ｃコンポジットの製造方法によれ
ば、プリプレグを積層し熱圧成型してなる炭素繊維複合
材の製造時、エポキシ樹脂を用いたものより硬化が早い
上に、この炭素繊維複合材の成形体を焼成して製造され
るＣ／Ｃコンポジットの耐熱性も良好で、優れた機械特
性を示す。
化性でエポキシ樹脂並みの接着力を有し、且つ、それ以
上の耐熱性を有するマトリックス樹脂と炭素繊維の組み
合せを見出すべく鋭意研究の結果、前記マトリックス樹
脂としてポリカルボジイミド樹脂を用いればよいことを
知得し、本発明を完成したのであって、本発明の熱硬化
性ポリカルボジイミド樹脂を含有した炭素繊維複合材の
成形体を焼成するＣ／Ｃコンポジットの製造方法によれ
ば、プリプレグを積層し熱圧成型してなる炭素繊維複合
材の製造時、エポキシ樹脂を用いたものより硬化が早い
上に、この炭素繊維複合材の成形体を焼成して製造され
るＣ／Ｃコンポジットの耐熱性も良好で、優れた機械特
性を示す。
【００１１】なお、特開昭５１−６１５９９号公報に
は、ガラス繊維のような繊維状補強材のシートがポリカ
ルボジイミド樹脂を適宜の溶剤に溶解した溶剤溶液で含
浸されてなる含浸シートを製造し、この含浸シートから
溶剤を除去した後、それらを積層して熱圧成型する構成
が記載されているが、この公報に記載の構成では、ポリ
カルボジイミド樹脂の溶剤溶液を製造する工程、及び、
含浸シートから溶剤を除去する工程が必要となり、到底
実用に耐えるものではない。
は、ガラス繊維のような繊維状補強材のシートがポリカ
ルボジイミド樹脂を適宜の溶剤に溶解した溶剤溶液で含
浸されてなる含浸シートを製造し、この含浸シートから
溶剤を除去した後、それらを積層して熱圧成型する構成
が記載されているが、この公報に記載の構成では、ポリ
カルボジイミド樹脂の溶剤溶液を製造する工程、及び、
含浸シートから溶剤を除去する工程が必要となり、到底
実用に耐えるものではない。
【００１２】次に本発明について詳細に説明する。
【００１３】本発明に使用されるカルボジイミド樹脂と
しては、イソシアネートのカルボジイミド化を促進する
触媒の一種以上を使用する等して一種以上の有機ポリイ
ソシアネートと一種以上の有機モノイソシアネートとか
ら、分子量を規制しつつ、実質的に生ぜしめたポリカル
ボジイミド樹脂が最も好ましい。
しては、イソシアネートのカルボジイミド化を促進する
触媒の一種以上を使用する等して一種以上の有機ポリイ
ソシアネートと一種以上の有機モノイソシアネートとか
ら、分子量を規制しつつ、実質的に生ぜしめたポリカル
ボジイミド樹脂が最も好ましい。
【００１４】この有機モノイソシアネートを用いて重縮
合を停止させる方法でポリカルボジイミドの平均分子量
を規制することは公知である（Ｉ．Ｍ．Ａｌｂｅｒｉｎ
ｏらＪＡＰＳ，２１，１９９９−２００８ １９７７）
が、これを炭素繊維などと複合し、耐熱性を向上させた
炭素繊維複合材としての試みはなされていなかった。
合を停止させる方法でポリカルボジイミドの平均分子量
を規制することは公知である（Ｉ．Ｍ．Ａｌｂｅｒｉｎ
ｏらＪＡＰＳ，２１，１９９９−２００８ １９７７）
が、これを炭素繊維などと複合し、耐熱性を向上させた
炭素繊維複合材としての試みはなされていなかった。
【００１５】本発明によれば、まず、フェニル基により
末端を封止したポリカルボジイミド樹脂を溶融状態で炭
素繊維に含浸させ、プリプレグを作製する。このプリプ
レグは熱硬化性を有しており、熱圧成型することが可能
である。従って、目的にあった形状に熱圧成型法により
成形すれば、所定の複合材を得ることができるわけであ
る。なお、本発明では用いていないが、プリプレグは、
ポリカルボジイミド樹脂をこの樹脂を作るときの液状反
応混合物の状態で炭素繊維に含浸させて作製することも
できる。
末端を封止したポリカルボジイミド樹脂を溶融状態で炭
素繊維に含浸させ、プリプレグを作製する。このプリプ
レグは熱硬化性を有しており、熱圧成型することが可能
である。従って、目的にあった形状に熱圧成型法により
成形すれば、所定の複合材を得ることができるわけであ
る。なお、本発明では用いていないが、プリプレグは、
ポリカルボジイミド樹脂をこの樹脂を作るときの液状反
応混合物の状態で炭素繊維に含浸させて作製することも
できる。
【００１６】得られた複合材は、不活性雰囲気中、例え
ば不活性ガス中で１０００℃程度で焼成することによ
り、高収率でＣ／Ｃコンポジットを得ることができる。
更には、このＣ／Ｃコンポジットに更にワニス状のカル
ボジイミド樹脂を含浸させ焼成することにより、高収
率，高効率で密度の高いＣ／Ｃコンポジットを得ること
もできる。
ば不活性ガス中で１０００℃程度で焼成することによ
り、高収率でＣ／Ｃコンポジットを得ることができる。
更には、このＣ／Ｃコンポジットに更にワニス状のカル
ボジイミド樹脂を含浸させ焼成することにより、高収
率，高効率で密度の高いＣ／Ｃコンポジットを得ること
もできる。
【００１７】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、まず、本発
明のＣ／Ｃコンポジットの製造に用いられるプリプレグ
とその熱圧成型品である炭素繊維複合材の製造例を説明
した後に、本発明のＣ／Ｃコンポジットの製造方法につ
いて説明する。
明のＣ／Ｃコンポジットの製造に用いられるプリプレグ
とその熱圧成型品である炭素繊維複合材の製造例を説明
した後に、本発明のＣ／Ｃコンポジットの製造方法につ
いて説明する。
【００１８】プリプレグ及びその熱圧成型品の製造例
１ メチレンジフェニルジイソシアネート２５０ｇ，フェニ
ルイソシアネート２３ｇの組成で、テトラクロロエチレ
ン中、１２０℃で３−メチル−１−フェニルフォスフォ
レン−１−オキサイドを触媒として加えカルボジイミド
化し、粉末状の樹脂を得た。その粉末状樹脂を１２０〜
１４０℃で溶融し、炭素繊維に含浸させてドラム上に巻
き取った。含浸後の炭素繊維を２本のローラではさみ、
その間隙を制御することにより、樹脂含有率を４０重量
％に調整し、プリプレグを得た。得られたプリプレグは
一方向に積層し、２００℃で１０分プレスして成型品を
得た。この成型品の物性は次の通りであった。
１ メチレンジフェニルジイソシアネート２５０ｇ，フェニ
ルイソシアネート２３ｇの組成で、テトラクロロエチレ
ン中、１２０℃で３−メチル−１−フェニルフォスフォ
レン−１−オキサイドを触媒として加えカルボジイミド
化し、粉末状の樹脂を得た。その粉末状樹脂を１２０〜
１４０℃で溶融し、炭素繊維に含浸させてドラム上に巻
き取った。含浸後の炭素繊維を２本のローラではさみ、
その間隙を制御することにより、樹脂含有率を４０重量
％に調整し、プリプレグを得た。得られたプリプレグは
一方向に積層し、２００℃で１０分プレスして成型品を
得た。この成型品の物性は次の通りであった。
【００１９】熱圧成型品の製造例 ２ 製造例１と同様にプリプレグを作製し、得られたプリプ
レグを一方向に積層し、３５０℃で１０分プレスして成
型品を得た。この成型品の物性は次の通りであった。
レグを一方向に積層し、３５０℃で１０分プレスして成
型品を得た。この成型品の物性は次の通りであった。
【００２０】プリプレグ及びその熱圧成型品の製造例
３ 製造例１と同様に樹脂を合成し、該樹脂を１２０〜１４
０℃で溶融し、炭素繊維から成るクロスに含浸させて、
プリプレグを作製した。このプリプレグを積層し、３５
０℃でプレスして成型品を得た。この成型品の物性は次
の通りであった。
３ 製造例１と同様に樹脂を合成し、該樹脂を１２０〜１４
０℃で溶融し、炭素繊維から成るクロスに含浸させて、
プリプレグを作製した。このプリプレグを積層し、３５
０℃でプレスして成型品を得た。この成型品の物性は次
の通りであった。
【００２１】実施例 １ 製造例３と同様にして成型品を得た後、該成型品を真空
下、１０００℃で１時間焼成してＣ／Ｃコンポジットを
製造した。このものの物性は次の通りであった。
下、１０００℃で１時間焼成してＣ／Ｃコンポジットを
製造した。このものの物性は次の通りであった。
【００２２】実施例 ２ 実施例１で得られたＣ／Ｃコンポジットにカルボジイミ
ド樹脂のテトラクロロエチレン溶液を含浸させて乾燥し
た後、真空下、１０００℃で１時間焼成した。このもの
の物性は次の通りであった。
ド樹脂のテトラクロロエチレン溶液を含浸させて乾燥し
た後、真空下、１０００℃で１時間焼成した。このもの
の物性は次の通りであった。
Claims (2)
- 【請求項１】 分子内に少なくとも２個以上のカルボジ
イミド基を含むポリカルボジイミド樹脂を溶融状態で炭
素繊維に含浸させてなるプリプレグを積層し熱圧成型し
て形成した炭素繊維複合材の成形体を、不活性雰囲気中
で焼成することを特徴とするＣ／Ｃコンポジットの製造
方法。 - 【請求項２】 分子内に少なくとも２個以上のカルボジ
イミド基を含むポリカルボジイミド樹脂を溶融状態で炭
素繊維に含浸させてなるプリプレグを積層し熱圧成型し
て形成した炭素繊維複合材の成形体を不活性雰囲気中で
焼成してなるＣ／Ｃコンポジットに、ワニス状のカルボ
ジイミド樹脂を含浸させ、不活性雰囲気中で焼成するこ
とを特徴とするＣ／Ｃコンポジットの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6309419A JP2613568B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | Ｃ／ｃコンポジットの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6309419A JP2613568B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | Ｃ／ｃコンポジットの製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61307784A Division JPH0745582B2 (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 耐熱性の高いプリプレグの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07257980A JPH07257980A (ja) | 1995-10-09 |
| JP2613568B2 true JP2613568B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=17992783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6309419A Expired - Fee Related JP2613568B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | Ｃ／ｃコンポジットの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2613568B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002355977A (ja) | 2001-02-08 | 2002-12-10 | Canon Inc | 撥液部材、該撥液部材を用いたインクジェットヘッド、それらの製造方法及びインクの供給方法 |
| KR101979972B1 (ko) | 2011-08-30 | 2019-05-17 | 바스프 에스이 | 고분자량 폴리카르보디이미드 및 이의 제조 방법 |
| JPWO2017168732A1 (ja) * | 2016-03-31 | 2019-02-07 | 日立化成株式会社 | 樹脂組成物、プリプレグ、樹脂シート及び積層板 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859162A (en) * | 1973-05-11 | 1975-01-07 | Minnesota Mining & Mfg | Pre-preg materials, chemically integral composite foam structures prepared therefrom, and methods of preparation |
| US3929733A (en) * | 1974-10-02 | 1975-12-30 | Upjohn Co | Polycarbodiimides from 4,4{40 -methylenebis(phenyl isocyanate) and certain carbocyclic monoisocyanates |
| JPH07113553B2 (ja) * | 1985-06-13 | 1995-12-06 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 回転角検出装置 |
-
1994
- 1994-11-21 JP JP6309419A patent/JP2613568B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07257980A (ja) | 1995-10-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |