JP2664047B2 - 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法Info
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- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維強化炭素複合
材料の製造方法に関する。
材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】従来から炭素繊維の束、マッ
トまたは織物にフェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬
化性樹脂を含浸し、硬化し、次いで非酸化雰囲気中で加
熱し、樹脂を炭素化することにより、炭素繊維強化炭素
複合材料を製造する方法は、公知である。この際、炭素
繊維と樹脂との接着界面には、炭素繊維と樹脂との熱膨
張係数の違い、樹脂のみが示す収縮性などにより、応力
が発生して、生成した炭素マトリックスの結晶が繊維の
外周に沿って配向する現象が認められる。この現象は、
応力配向と呼ばれている。応力配向した炭素マトリック
スは、応力を負荷する方向によって力学的性質が異な
る、すなわち力学的に異方性を示す。
トまたは織物にフェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬
化性樹脂を含浸し、硬化し、次いで非酸化雰囲気中で加
熱し、樹脂を炭素化することにより、炭素繊維強化炭素
複合材料を製造する方法は、公知である。この際、炭素
繊維と樹脂との接着界面には、炭素繊維と樹脂との熱膨
張係数の違い、樹脂のみが示す収縮性などにより、応力
が発生して、生成した炭素マトリックスの結晶が繊維の
外周に沿って配向する現象が認められる。この現象は、
応力配向と呼ばれている。応力配向した炭素マトリック
スは、応力を負荷する方向によって力学的性質が異な
る、すなわち力学的に異方性を示す。
【０００３】この様な炭素繊維強化炭素複合材料を高温
で熱処理して黒鉛質に改質する場合に、異方性マトリッ
クス中での結晶成長は、やはり異方性を呈する。この結
晶成長の異方性は、補強材である炭素繊維自体および炭
素繊維とマトリックス界面に歪みを発生させて、高温熱
処理後の複合材料の力学的特性（強度など）の低下を招
き、また局部的に酸化されやすい部分を生じる。
で熱処理して黒鉛質に改質する場合に、異方性マトリッ
クス中での結晶成長は、やはり異方性を呈する。この結
晶成長の異方性は、補強材である炭素繊維自体および炭
素繊維とマトリックス界面に歪みを発生させて、高温熱
処理後の複合材料の力学的特性（強度など）の低下を招
き、また局部的に酸化されやすい部分を生じる。
【０００４】この様な熱硬化性樹脂に由来する炭素マト
リックスの応力配向現象を防止し、高温熱処理後の複合
材料の力学的特性を向上させる手段は、未だ見出されて
いないのが現状である。
リックスの応力配向現象を防止し、高温熱処理後の複合
材料の力学的特性を向上させる手段は、未だ見出されて
いないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、炭
素繊維強化炭素複合材料の炭素マトリックスにおける応
力配向現象を解消乃至軽減して、複合材料の力学的特性
を改善することを主な目的とする。
素繊維強化炭素複合材料の炭素マトリックスにおける応
力配向現象を解消乃至軽減して、複合材料の力学的特性
を改善することを主な目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な従来技術の現状に留意しつつ、種々の熱硬化性樹脂を
炭素マトリックス前駆体とする炭素繊維強化複合材料を
製造し、それらの力学的特性を評価する研究を重ねてき
た。そして、その過程において、ビスマレイミド−トリ
アジン共重合樹脂をこの様な複合材料における炭素マト
リックス前駆体として使用する場合には、炭素化後に形
成される炭素マトリックスの結晶が全く無秩序に配向し
て、いわゆるガラス状等方性組織を形成することを見出
した。また、この樹脂を用いて得られた炭素繊維強化複
合材料は、高温での熱処理後においても、高強度を示す
ことを見出した。
な従来技術の現状に留意しつつ、種々の熱硬化性樹脂を
炭素マトリックス前駆体とする炭素繊維強化複合材料を
製造し、それらの力学的特性を評価する研究を重ねてき
た。そして、その過程において、ビスマレイミド−トリ
アジン共重合樹脂をこの様な複合材料における炭素マト
リックス前駆体として使用する場合には、炭素化後に形
成される炭素マトリックスの結晶が全く無秩序に配向し
て、いわゆるガラス状等方性組織を形成することを見出
した。また、この樹脂を用いて得られた炭素繊維強化複
合材料は、高温での熱処理後においても、高強度を示す
ことを見出した。
【０００７】また、炭素繊維をビスマレイミド−トリア
ジン共重合樹脂を用いてサイジング処理（炭素繊維表面
にビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂を薄くコート
する処理）した後、常法に従って他の熱硬化性樹脂を含
浸し、非酸化性雰囲気中で加熱処理することにより樹脂
を炭素化して炭素繊維強化炭素複合材料を製造する場合
には、応力配向現象が認められるにも関わらず、高温熱
処理後の複合材料の力学的性質が向上することを見出し
た。
ジン共重合樹脂を用いてサイジング処理（炭素繊維表面
にビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂を薄くコート
する処理）した後、常法に従って他の熱硬化性樹脂を含
浸し、非酸化性雰囲気中で加熱処理することにより樹脂
を炭素化して炭素繊維強化炭素複合材料を製造する場合
には、応力配向現象が認められるにも関わらず、高温熱
処理後の複合材料の力学的性質が向上することを見出し
た。
【０００８】すなわち、本発明は、下記の炭素繊維強化
炭素複合材料の製造方法を提供するものである； １．炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸し、非酸素雰囲気中
で加熱処理することにより樹脂を炭素化して炭素繊維強
化炭素複合材料を製造する方法において、樹脂としてビ
スマレイミド−トリアジン共重合樹脂を使用することを
特徴とする方法。
炭素複合材料の製造方法を提供するものである； １．炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸し、非酸素雰囲気中
で加熱処理することにより樹脂を炭素化して炭素繊維強
化炭素複合材料を製造する方法において、樹脂としてビ
スマレイミド−トリアジン共重合樹脂を使用することを
特徴とする方法。
【０００９】２．炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸し、非
酸素雰囲気中で加熱処理することにより樹脂を炭素化し
て炭素繊維強化炭素複合材料を製造する方法において、
熱硬化性樹脂の含浸に先立ってビスマレイミド−トリア
ジン共重合樹脂を用いて炭素繊維をサイジング処理して
おくことを特徴とする方法。
酸素雰囲気中で加熱処理することにより樹脂を炭素化し
て炭素繊維強化炭素複合材料を製造する方法において、
熱硬化性樹脂の含浸に先立ってビスマレイミド−トリア
ジン共重合樹脂を用いて炭素繊維をサイジング処理して
おくことを特徴とする方法。
【００１０】本発明は、炭素繊維の含浸樹脂および炭素
繊維のサイジング剤としてビスマレイミド−トリアジン
共重合樹脂を用いる以外の点では、従来技術と同様にし
て実施することが出来る。
繊維のサイジング剤としてビスマレイミド−トリアジン
共重合樹脂を用いる以外の点では、従来技術と同様にし
て実施することが出来る。
【００１１】本発明で使用する炭素繊維は、特に限定さ
れず、石炭ピッチ系、石油ピッチ系、ＰＡＮ系などの任
意のものが使用可能であり、その製造条件、寸法などの
点でも、特別の制限はない。
れず、石炭ピッチ系、石油ピッチ系、ＰＡＮ系などの任
意のものが使用可能であり、その製造条件、寸法などの
点でも、特別の制限はない。
【００１２】本発明で使用するビスマレイミド−トリア
ジン共重合樹脂そのものは、公知の材料であり、市販さ
れている。本発明においては、炭素繊維への含浸を容易
に行うために、市販のビスマレイミド−トリアジン共重
合樹脂を極性溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンな
どの適当な溶剤に溶解した溶液に炭素繊維を含浸した
後、溶媒を蒸発させ、樹脂を硬化する。特に限定される
ものではないが、本発明で使用するビスマレイミド−ト
リアジン共重合樹脂の一例を挙げれば、以下の通りであ
る。
ジン共重合樹脂そのものは、公知の材料であり、市販さ
れている。本発明においては、炭素繊維への含浸を容易
に行うために、市販のビスマレイミド−トリアジン共重
合樹脂を極性溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンな
どの適当な溶剤に溶解した溶液に炭素繊維を含浸した
後、溶媒を蒸発させ、樹脂を硬化する。特に限定される
ものではないが、本発明で使用するビスマレイミド−ト
リアジン共重合樹脂の一例を挙げれば、以下の通りであ
る。
【００１３】 ビスマレイミド／トリアジン（重量比）＝１／９ 比重：１．２２９ 硬化体のガラス転移温度：２５０〜２６０℃ 比熱：０．３４kcal/kg・℃ 熱伝導度：０．１３５kcal/m・h・℃ 熱拡散率：３．４１×１０-4m3/h 熱膨張係数：２．６６×１０-6℃-1 樹脂溶液を調製するために使用する極性溶剤としては、
樹脂を溶解しうる限り特に限定されないが、Ｎ−メチル
−２−ピロリドン、メチルエチルケトン、アセトンなど
が例示される。
樹脂を溶解しうる限り特に限定されないが、Ｎ−メチル
−２−ピロリドン、メチルエチルケトン、アセトンなど
が例示される。
【００１４】なお、本発明者は、ビスマレイミド−トリ
アジン共重合樹脂に代えてビスマレイミド単独からなる
樹脂を使用する場合には、得られる炭素繊維強化炭素複
合材料において、マトリックス中にガラス状等方性組織
が形成されないことを見出した。このことから、詳細に
ついては未だ解明されていないが、トリアジン成分が重
要な作用を発揮しているものと推測される。
アジン共重合樹脂に代えてビスマレイミド単独からなる
樹脂を使用する場合には、得られる炭素繊維強化炭素複
合材料において、マトリックス中にガラス状等方性組織
が形成されないことを見出した。このことから、詳細に
ついては未だ解明されていないが、トリアジン成分が重
要な作用を発揮しているものと推測される。
【００１５】本発明方法を実施するに際しては、ビスマ
レイミド−トリアジン共重合樹脂／極性溶剤溶液を炭素
繊維に浸漬した後、乾燥硬化し、非酸化性雰囲気（窒素
雰囲気）中４５０〜１０００℃程度、より好ましくは６
００℃程度で焼成する。複合材料中の炭素マトリックス
の体積分率は、炭素繊維強化炭素複合材料の用途に応じ
て必要とされる物性などにより異なるが、通常１０〜９
０重量％程度であり、より好ましくは４０〜７０重量％
程度である。
レイミド−トリアジン共重合樹脂／極性溶剤溶液を炭素
繊維に浸漬した後、乾燥硬化し、非酸化性雰囲気（窒素
雰囲気）中４５０〜１０００℃程度、より好ましくは６
００℃程度で焼成する。複合材料中の炭素マトリックス
の体積分率は、炭素繊維強化炭素複合材料の用途に応じ
て必要とされる物性などにより異なるが、通常１０〜９
０重量％程度であり、より好ましくは４０〜７０重量％
程度である。
【００１６】上記のようにして得られた炭素繊維強化炭
素複合材料においては、炭素マトリックスの結晶が全く
無秩序に配向したガラス状等方性組織を形成している。
素複合材料においては、炭素マトリックスの結晶が全く
無秩序に配向したガラス状等方性組織を形成している。
【００１７】また、本発明においては、ビスマレイミド
−トリアジン共重合樹脂の希薄溶液（例えば、０．０５
〜５重量％程度）を用いて炭素繊維表面をコートし、乾
燥硬化することにより、炭素繊維表面に樹脂の薄い被覆
層を形成させた後、工業的に炭素繊維強化複合材料を作
成する際に従来から用いられている熱硬化性樹脂、例え
ば、フェノール樹脂、フラン樹脂などを主マトリックス
材料として含浸し、非酸化性雰囲気中（窒素雰囲気）で
上記と同様な条件で焼成しても良い。この場合、ビスマ
レイミド−トリアジン共重合樹脂の被膜層の厚さは、
０．１μｍ以下程度のごく薄いものである。この場合に
得られる炭素繊維強化炭素複合材料においては、応力配
向現象が認められるにも関わらず、高温熱処理後の複合
材料の力学的性質が向上するという現象が認められる。
−トリアジン共重合樹脂の希薄溶液（例えば、０．０５
〜５重量％程度）を用いて炭素繊維表面をコートし、乾
燥硬化することにより、炭素繊維表面に樹脂の薄い被覆
層を形成させた後、工業的に炭素繊維強化複合材料を作
成する際に従来から用いられている熱硬化性樹脂、例え
ば、フェノール樹脂、フラン樹脂などを主マトリックス
材料として含浸し、非酸化性雰囲気中（窒素雰囲気）で
上記と同様な条件で焼成しても良い。この場合、ビスマ
レイミド−トリアジン共重合樹脂の被膜層の厚さは、
０．１μｍ以下程度のごく薄いものである。この場合に
得られる炭素繊維強化炭素複合材料においては、応力配
向現象が認められるにも関わらず、高温熱処理後の複合
材料の力学的性質が向上するという現象が認められる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、炭素マトリックスの結
晶が無秩序に配向してガラス状等方性組織を示すという
新規な炭素繊維強化炭素複合材料が得られる。
晶が無秩序に配向してガラス状等方性組織を示すという
新規な炭素繊維強化炭素複合材料が得られる。
【００１９】この様な複合材料は、強度、弾性率などの
機械的特性に優れ、また耐酸化性にも優れているので、
ガスタービン用ブレード、航空宇宙機器用材料などの用
途に極めて有用である。
機械的特性に優れ、また耐酸化性にも優れているので、
ガスタービン用ブレード、航空宇宙機器用材料などの用
途に極めて有用である。
【００２０】
【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより一層明確にする。
ころをより一層明確にする。
【００２１】実施例１ 石油系ピッチを原料として製造された高弾性率炭素繊維
（但し通常の市販品において行われているエポキシ樹脂
によるサイジング処理は行っていない）を下記の方法に
より処理した。
（但し通常の市販品において行われているエポキシ樹脂
によるサイジング処理は行っていない）を下記の方法に
より処理した。
【００２２】すなわち、図１に斜面図により概要を示す
樹脂含浸装置を用いて、炭素繊維束（２０００本）をボ
ビンから繰り出し、ビスマレイミド−トリアジン共重合
樹脂溶液（溶剤＝Ｎ−メチル−２−ピロリドン、濃度＝
５０重量％）を含浸させ、ローラーで練った後、束同士
が接触しないように留意しつつ金枠に巻き取った。次い
で、この様に金枠に巻き取られた炭素繊維束を大気中で
常温から１５０℃まで昇温速度２０℃／ｈｒで昇温さ
せ、同温度に２時間保持して溶剤を蒸発させた後、窒素
雰囲気の電気炉中で１５０℃から６００℃まで昇温速度
１０℃／ｈｒで昇温させ、６００℃で５時間焼成して炭
素化した。
樹脂含浸装置を用いて、炭素繊維束（２０００本）をボ
ビンから繰り出し、ビスマレイミド−トリアジン共重合
樹脂溶液（溶剤＝Ｎ−メチル−２−ピロリドン、濃度＝
５０重量％）を含浸させ、ローラーで練った後、束同士
が接触しないように留意しつつ金枠に巻き取った。次い
で、この様に金枠に巻き取られた炭素繊維束を大気中で
常温から１５０℃まで昇温速度２０℃／ｈｒで昇温さ
せ、同温度に２時間保持して溶剤を蒸発させた後、窒素
雰囲気の電気炉中で１５０℃から６００℃まで昇温速度
１０℃／ｈｒで昇温させ、６００℃で５時間焼成して炭
素化した。
【００２３】また、上記と同様にして樹脂溶液の含浸を
行い、加熱乾燥し、炭素化した後、さらに電気炉中で窒
素雰囲気下に２６００℃まで焼成して黒鉛化した。この
際、昇温速度は、１０００℃までは１００℃／分、１０
００〜２０００℃までは２０℃／分、２０００〜２６０
０℃までは５℃／分とした。
行い、加熱乾燥し、炭素化した後、さらに電気炉中で窒
素雰囲気下に２６００℃まで焼成して黒鉛化した。この
際、昇温速度は、１０００℃までは１００℃／分、１０
００〜２０００℃までは２０℃／分、２０００〜２６０
０℃までは５℃／分とした。
【００２４】上記で得られた炭素化した複合材料および
黒鉛化した複合材料は、直径約０．５ｍｍの棒状（外見
上シャープペンシルの芯と同様な形状）であった。
黒鉛化した複合材料は、直径約０．５ｍｍの棒状（外見
上シャープペンシルの芯と同様な形状）であった。
【００２５】次いで、図２に斜面図として示す様に、こ
れらの炭素化した複合材料および黒鉛化した複合材料を
ゲージ長さ５０ｍｍとなる様にアルミニウム製タブにエ
ポキシ樹脂系接着剤によりそれぞれ固定し、材料試験機
の引張試験治具に固定した後、引張速度１ｍｍ／分で引
張試験を行い、荷重−変位を記録した。
れらの炭素化した複合材料および黒鉛化した複合材料を
ゲージ長さ５０ｍｍとなる様にアルミニウム製タブにエ
ポキシ樹脂系接着剤によりそれぞれ固定し、材料試験機
の引張試験治具に固定した後、引張速度１ｍｍ／分で引
張試験を行い、荷重−変位を記録した。
【００２６】得られた２種の焼成体の力学的特性を図３
〜５にＡとして示す。
〜５にＡとして示す。
【００２７】なお、力学的特性は、以下のようにして求
めた。
めた。
【００２８】試料の断面積は、単位長さ当たりの重量と
密度から求めた。
密度から求めた。
【００２９】引張強度（Tensile strength）は、引張試
験時の最大荷重と断面積から計算した。
験時の最大荷重と断面積から計算した。
【００３０】引張弾性率（Tensile modulus）は、荷重
−変位曲線の初期の傾きから求めた。
−変位曲線の初期の傾きから求めた。
【００３１】なお、比較として、炭素繊維束にフェノー
ル樹脂またはフラン樹脂を含浸し、これらの樹脂含浸炭
素繊維束を大気中で常温から１５０℃まで昇温速度２０
℃／ｈｒで昇温させ、同温度に２時間保持して溶剤を蒸
発させた後、実施例１と同様にして炭素化或いは黒鉛化
した。得られた４種の焼成物の力学的特性を図３〜５に
Ｃ（フェノール樹脂）およびＤ（フラン樹脂）として示
す。
ル樹脂またはフラン樹脂を含浸し、これらの樹脂含浸炭
素繊維束を大気中で常温から１５０℃まで昇温速度２０
℃／ｈｒで昇温させ、同温度に２時間保持して溶剤を蒸
発させた後、実施例１と同様にして炭素化或いは黒鉛化
した。得られた４種の焼成物の力学的特性を図３〜５に
Ｃ（フェノール樹脂）およびＤ（フラン樹脂）として示
す。
【００３２】実施例２ 実施例１で使用したものと同様の炭素繊維束の表面にＮ
−メチル−２−ピロリドンを溶媒とする濃度２重量％の
ビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂溶液を塗布した
後、連続的にフェノール樹脂またはフラン樹脂を含浸し
た。
−メチル−２−ピロリドンを溶媒とする濃度２重量％の
ビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂溶液を塗布した
後、連続的にフェノール樹脂またはフラン樹脂を含浸し
た。
【００３３】次いで、これらの樹脂含浸炭素繊維束を大
気中で常温から１５０℃まで昇温速度２０℃／ｈｒで昇
温させ、同温度に２時間保持して溶剤を蒸発させた後、
実施例１と同様にして炭素化或いは黒鉛化した。
気中で常温から１５０℃まで昇温速度２０℃／ｈｒで昇
温させ、同温度に２時間保持して溶剤を蒸発させた後、
実施例１と同様にして炭素化或いは黒鉛化した。
【００３４】得られた４種の焼成体の力学的特性を図３
〜５に２ａｒ−Ｃ（フェノール樹脂）および２ａｒ−Ｄ
（フラン樹脂）として示す。
〜５に２ａｒ−Ｃ（フェノール樹脂）および２ａｒ−Ｄ
（フラン樹脂）として示す。
【００３５】実施例３ 実施例１で使用したものと同様の炭素繊維束の表面にＮ
−メチル−２−ピロリドンを溶媒とする濃度２重量％の
ビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂溶液を塗布し、
次いで大気中で常温から１５０℃まで昇温速度２０℃／
ｈｒで昇温させ、同温度に２時間保持して溶剤を蒸発さ
せた後、フェノール樹脂またはフラン樹脂を含浸した。
−メチル−２−ピロリドンを溶媒とする濃度２重量％の
ビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂溶液を塗布し、
次いで大気中で常温から１５０℃まで昇温速度２０℃／
ｈｒで昇温させ、同温度に２時間保持して溶剤を蒸発さ
せた後、フェノール樹脂またはフラン樹脂を含浸した。
【００３６】次いで、実施例１と同様にしてこれら樹脂
含浸炭素繊維束を炭素化或いは黒鉛化した。
含浸炭素繊維束を炭素化或いは黒鉛化した。
【００３７】得られた４種の焼成体の力学的特性を図３
〜５に２ａｐ−Ｃ（フェノール樹脂）および２ａｐ−Ｄ
（フラン樹脂）として示す。
〜５に２ａｐ−Ｃ（フェノール樹脂）および２ａｐ−Ｄ
（フラン樹脂）として示す。
【００３８】実施例４ 実施例１で使用したものと同様の炭素繊維束の表面にＮ
−メチル−２−ピロリドンを溶媒とする濃度２重量％の
ビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂溶液を塗布し、
次いで大気中で常温から１５０℃まで昇温速度２０℃／
ｈｒで昇温させ、同温度に２時間保持して溶剤を蒸発さ
せた後、窒素雰囲気の電気炉中で１５０℃から６００℃
まで昇温速度１０℃／ｈｒで昇温させ、６００℃で５時
間焼成して、コートした樹脂を炭素化した。
−メチル−２−ピロリドンを溶媒とする濃度２重量％の
ビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂溶液を塗布し、
次いで大気中で常温から１５０℃まで昇温速度２０℃／
ｈｒで昇温させ、同温度に２時間保持して溶剤を蒸発さ
せた後、窒素雰囲気の電気炉中で１５０℃から６００℃
まで昇温速度１０℃／ｈｒで昇温させ、６００℃で５時
間焼成して、コートした樹脂を炭素化した。
【００３９】次に、上記の炭素化物に実施例２と同様に
してフェノール樹脂またはフラン樹脂を含浸し、炭素化
または黒鉛化した。
してフェノール樹脂またはフラン樹脂を含浸し、炭素化
または黒鉛化した。
【００４０】得られた４種の焼成体の力学的特性を図３
〜５に２ａｃ−Ｃ（フェノール樹脂）および２ａｃ−Ｄ
（フラン樹脂）として示す。
〜５に２ａｃ−Ｃ（フェノール樹脂）および２ａｃ−Ｄ
（フラン樹脂）として示す。
【００４１】実施例の結果についての考察 上記で得られた各複合材料の体積分率を断面積に基づい
て推測した結果は、表１に示すとおりであった。しかし
ながら、顕微鏡観察によれば、２ａｃ−Ｃと２ａｃ−Ｄ
では、繊維が中心部分に密集しており、実際の複合材中
の体積分率は、表１の数値よりもかなり小さい。
て推測した結果は、表１に示すとおりであった。しかし
ながら、顕微鏡観察によれば、２ａｃ−Ｃと２ａｃ−Ｄ
では、繊維が中心部分に密集しており、実際の複合材中
の体積分率は、表１の数値よりもかなり小さい。
【００４２】
【表１】
【００４３】図３乃至５に示す結果から明らかな様に、
２ａｐ法によりサイジング処理を行った場合には、樹脂
の種類に関係なく、力学的強度が向上している。これ
は、繊維とマトリックス界面にビスマレイミド−トリア
ジン共重合樹脂に由来するガラス状等方性組織の非常に
薄い炭素層が存在するためと考えられる。
２ａｐ法によりサイジング処理を行った場合には、樹脂
の種類に関係なく、力学的強度が向上している。これ
は、繊維とマトリックス界面にビスマレイミド−トリア
ジン共重合樹脂に由来するガラス状等方性組織の非常に
薄い炭素層が存在するためと考えられる。
【００４４】２ａｒ法による複合材料では、フラン樹脂
（２ａｒ−Ｄ）を使用する場合にのみ、ビスマレイミド
−トリアジン共重合樹脂によるサイジングの効果が顕著
に認められている。この結果は、硬化前のビスマレイミ
ド−トリアジン樹脂がフェノール樹脂に溶解してしまっ
たためと考えられる。従って、ビスマレイミド−トリア
ジン樹脂の溶解度の高い樹脂をマトリックス前駆体に用
いる場合には、２ａｒ法或いは２ａｃ法を用いることが
望ましい。
（２ａｒ−Ｄ）を使用する場合にのみ、ビスマレイミド
−トリアジン共重合樹脂によるサイジングの効果が顕著
に認められている。この結果は、硬化前のビスマレイミ
ド−トリアジン樹脂がフェノール樹脂に溶解してしまっ
たためと考えられる。従って、ビスマレイミド−トリア
ジン樹脂の溶解度の高い樹脂をマトリックス前駆体に用
いる場合には、２ａｒ法或いは２ａｃ法を用いることが
望ましい。
【００４５】２ａｃ法による複合材料では、繊維間の距
離が他の場合に比して小さく、それが力学的強度の向上
をもたらしたものと推測される。何故ならば、力学的強
度が向上した２ａｒ−Ｄ、２ａｐ−Ｃおよび２ａｐ−Ｄ
では、黒鉛化後の引張弾性率（Tensile modulus）も大
きく向上したが、２ａｃ法の試料では、黒鉛化後の力学
的強度および弾性率の向上は大きくないからである。
離が他の場合に比して小さく、それが力学的強度の向上
をもたらしたものと推測される。何故ならば、力学的強
度が向上した２ａｒ−Ｄ、２ａｐ−Ｃおよび２ａｐ−Ｄ
では、黒鉛化後の引張弾性率（Tensile modulus）も大
きく向上したが、２ａｃ法の試料では、黒鉛化後の力学
的強度および弾性率の向上は大きくないからである。
【００４６】超高温材料としての炭素繊維強化炭素複合
材料は、使用温度よりも高温で熱処理されなければなら
ない。ビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂を繊維表
面にコートし、硬化した後、工業的に安価な主マトリッ
クス樹脂を含浸することにより、高温で熱処理後の複合
材料の工業的性質が向上することが、明らかである。
材料は、使用温度よりも高温で熱処理されなければなら
ない。ビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂を繊維表
面にコートし、硬化した後、工業的に安価な主マトリッ
クス樹脂を含浸することにより、高温で熱処理後の複合
材料の工業的性質が向上することが、明らかである。
【図１】実施例において炭素繊維束に対する樹脂の含浸
に使用した装置の概要を示す斜面図である。
に使用した装置の概要を示す斜面図である。
【図２】実施例において炭素繊維強化炭素複合材料の引
張試験に用いたサンプルの態様を示す斜面図である。
張試験に用いたサンプルの態様を示す斜面図である。
【図３】実施例において得られた炭素繊維強化炭素複合
材料の引張強度を示すグラフである。
材料の引張強度を示すグラフである。
【図４】実施例において得られた炭素繊維強化炭素複合
材料の最大荷重を示すグラフである。
材料の最大荷重を示すグラフである。
【図５】実施例において得られた炭素繊維強化炭素複合
材料の引張弾性率を示すグラフである。
材料の引張弾性率を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 101:10 307:04
Claims (2)
- 【請求項１】炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸し、非酸素
雰囲気中で加熱処理することにより樹脂を炭素化して炭
素繊維強化炭素複合材料を製造する方法において、樹脂
としてビスマレイミド−トリアジン共重合樹脂を使用す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸し、非酸素
雰囲気中で加熱処理することにより樹脂を炭素化して炭
素繊維強化炭素複合材料を製造する方法において、熱硬
化性樹脂の含浸に先立ってビスマレイミド−トリアジン
共重合樹脂を用いて炭素繊維をサイジング処理しておく
ことを特徴とする方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6330695A JP2664047B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
| US08/567,766 US5695816A (en) | 1994-12-06 | 1995-12-05 | Process for the preparation of carbon fiber reinforced carbon composites |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6330695A JP2664047B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08156110A JPH08156110A (ja) | 1996-06-18 |
| JP2664047B2 true JP2664047B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=18235538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6330695A Expired - Lifetime JP2664047B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5695816A (ja) |
| JP (1) | JP2664047B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102644199A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-08-22 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种兼具定型-增韧双功能的纤维织物的制备方法 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5857950A (en) * | 1996-11-06 | 1999-01-12 | Pamarco Incorporated | Fluid metering roll |
| US6037032A (en) | 1997-09-02 | 2000-03-14 | Lockheed Martin Energy Research Corp. | Pitch-based carbon foam heat sink with phase change material |
| US6673328B1 (en) | 2000-03-06 | 2004-01-06 | Ut-Battelle, Llc | Pitch-based carbon foam and composites and uses thereof |
| US6780505B1 (en) * | 1997-09-02 | 2004-08-24 | Ut-Battelle, Llc | Pitch-based carbon foam heat sink with phase change material |
| US6033506A (en) | 1997-09-02 | 2000-03-07 | Lockheed Martin Engery Research Corporation | Process for making carbon foam |
| US7147214B2 (en) * | 2000-01-24 | 2006-12-12 | Ut-Battelle, Llc | Humidifier for fuel cell using high conductivity carbon foam |
| JP2002248863A (ja) | 2001-02-26 | 2002-09-03 | Ricoh Co Ltd | 可逆性感熱記録媒体及びその画像処理方法 |
| JP2002371461A (ja) * | 2001-06-13 | 2002-12-26 | Tokai Univ | 超高強度炭素繊維及び高強度炭素繊維強化炭素複合体 |
| JP4890655B1 (ja) * | 2011-05-26 | 2012-03-07 | 株式会社新井機械製作所 | 加熱炉 |
| JPWO2022004872A1 (ja) * | 2020-07-03 | 2022-01-06 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4456712A (en) * | 1982-06-14 | 1984-06-26 | International Business Machines Corporation | Bismaleimide triazine composition |
-
1994
- 1994-12-06 JP JP6330695A patent/JP2664047B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-12-05 US US08/567,766 patent/US5695816A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102644199A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-08-22 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种兼具定型-增韧双功能的纤维织物的制备方法 |
| CN102644199B (zh) * | 2011-11-25 | 2014-07-02 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种兼具定型-增韧双功能的纤维织物的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08156110A (ja) | 1996-06-18 |
| US5695816A (en) | 1997-12-09 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |