JP2835525B2 - 炭素繊維／炭素複合材の製造方法 - Google Patents
炭素繊維／炭素複合材の製造方法Info
- Publication number
- JP2835525B2 JP2835525B2 JP1161934A JP16193489A JP2835525B2 JP 2835525 B2 JP2835525 B2 JP 2835525B2 JP 1161934 A JP1161934 A JP 1161934A JP 16193489 A JP16193489 A JP 16193489A JP 2835525 B2 JP2835525 B2 JP 2835525B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pitch
- carbon
- composite material
- resin
- carbon fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、炭素繊維強化炭素複合材（本明細書におい
ては、特に差支えないかぎり、炭素繊維／炭素複合材と
いう）の製造方法に関する。
ては、特に差支えないかぎり、炭素繊維／炭素複合材と
いう）の製造方法に関する。
なお、本明細書において、“炭素繊維”とは、狭義の
炭素繊維のみならず、黒鉛化繊維をも包含するものとす
る。
炭素繊維のみならず、黒鉛化繊維をも包含するものとす
る。
また、本明細書において、単に“％”および“部”と
あるのは、それぞれ“重量％”および“重量部”を意味
する。
あるのは、それぞれ“重量％”および“重量部”を意味
する。
従来技術とその問題点 炭素繊維／炭素複合材は、高温強度に優れているの
で、航空機のブレーキ材、ミサイルのロケットノズルな
どに使用されているいわゆる先端複合材料である。
で、航空機のブレーキ材、ミサイルのロケットノズルな
どに使用されているいわゆる先端複合材料である。
この様な炭素繊維／炭素複合材においては、耐酸化性
の改善、高温での機械的強度の向上などの性状のより一
層の改良が望まれており、耐酸化性については、例え
ば、セラミックコーティングにより大幅に改善されてい
る。
の改善、高温での機械的強度の向上などの性状のより一
層の改良が望まれており、耐酸化性については、例え
ば、セラミックコーティングにより大幅に改善されてい
る。
しかしながら、機械的強度については、未だ十分な向
上は達成されていない。
上は達成されていない。
炭素繊維／炭素複合材の機械的強度については、繊維
自体の強度、ピッチマトリックスの強度および繊維とマ
トリックス間の接着力の三つの支配的要因がある。これ
らの要因の中でも、ピッチマトリックスの強度に関して
は、その微細構造が光学的微細モザイク状異方性を呈す
る場合が最も好ましく（木村ら、“炭素”、128、30（1
987））、しかも系全体にわたって組織が均一であるこ
とも要求される。
自体の強度、ピッチマトリックスの強度および繊維とマ
トリックス間の接着力の三つの支配的要因がある。これ
らの要因の中でも、ピッチマトリックスの強度に関して
は、その微細構造が光学的微細モザイク状異方性を呈す
る場合が最も好ましく（木村ら、“炭素”、128、30（1
987））、しかも系全体にわたって組織が均一であるこ
とも要求される。
ピッチマトリックスの微細構造の制御方法としては、
化学的に不活性な物質（例えば、シリカ、アルミナな
ど）の添加による方法が提案されている（ケイ．クオ
ら、“Fuel"、66、1544（1987））。しかしながら、こ
の方法では、添加物の量が増大すればする程、複合材の
強度が添加物自体の強度に近くなり、複合材の強度が低
下する。また、黒煙化処理時には、シリカ、アルミナな
どが蒸発して、組織内にマイクロクラックを発生させ、
これが複合材の強度をさらに低下させる。
化学的に不活性な物質（例えば、シリカ、アルミナな
ど）の添加による方法が提案されている（ケイ．クオ
ら、“Fuel"、66、1544（1987））。しかしながら、こ
の方法では、添加物の量が増大すればする程、複合材の
強度が添加物自体の強度に近くなり、複合材の強度が低
下する。また、黒煙化処理時には、シリカ、アルミナな
どが蒸発して、組織内にマイクロクラックを発生させ、
これが複合材の強度をさらに低下させる。
また、フェノールノボラック樹脂、フェノールレゾー
ル樹脂、フラン樹脂などの樹脂とピッチとを混合し、常
圧下で炭化することも試みられているが、この場合に
は、生成物の組織は、均一な形態とはならない。（マッ
ケイら、“Modern Plastics"、45、168（1968））。
ル樹脂、フラン樹脂などの樹脂とピッチとを混合し、常
圧下で炭化することも試みられているが、この場合に
は、生成物の組織は、均一な形態とはならない。（マッ
ケイら、“Modern Plastics"、45、168（1968））。
小川ら（J.Mat.Sci.,20、17（1985））は、上記の樹
脂類とピッチ中のベンゼン可溶分とを適当な溶媒に溶解
させ、常圧下に炭化させることにより、均一なモザイク
状異方性組織を有するピッチマトリックスの製造方法を
提案している。しかしながら、この方法は、均一な組織
を得るためには、作業性の劣る、すなわち、多大の手間
と経費を要する溶剤ブレンド法によらなければならない
のが、難点である。
脂類とピッチ中のベンゼン可溶分とを適当な溶媒に溶解
させ、常圧下に炭化させることにより、均一なモザイク
状異方性組織を有するピッチマトリックスの製造方法を
提案している。しかしながら、この方法は、均一な組織
を得るためには、作業性の劣る、すなわち、多大の手間
と経費を要する溶剤ブレンド法によらなければならない
のが、難点である。
稲垣ら（第15回炭素材料学会年会予稿集、99（198
8））は、フェノール樹脂とピッチ中のベンゼン可溶分
とを機械的に混合し、約30MPaの加圧下で炭化すること
により、均一なモザイク状異方性組織を有するピッチマ
トリックスを得ている。この方法では、機械的な混合を
行なうので、作業性は良好であるが、ピッチ中のベンゼ
ン可溶分という極めて限定された材料を使用しなければ
ならない。
8））は、フェノール樹脂とピッチ中のベンゼン可溶分
とを機械的に混合し、約30MPaの加圧下で炭化すること
により、均一なモザイク状異方性組織を有するピッチマ
トリックスを得ている。この方法では、機械的な混合を
行なうので、作業性は良好であるが、ピッチ中のベンゼ
ン可溶分という極めて限定された材料を使用しなければ
ならない。
問題点を解決するための手段 本発明者は、上記の如き技術の現状に鑑みて鋭意研究
を重ねた結果、ピッチの全成分と樹脂とを機械的に混合
し、加圧下に炭化する場合には、微細モザイク状異方性
組織を有するピッチマトリックスが得られることを見出
し、さらに研究を重ねて、本発明を完成するに至った。
を重ねた結果、ピッチの全成分と樹脂とを機械的に混合
し、加圧下に炭化する場合には、微細モザイク状異方性
組織を有するピッチマトリックスが得られることを見出
し、さらに研究を重ねて、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記の方法を提供するものであ
る： 「ピッチ粉末40〜99％と樹脂粉末60〜１％とを機械的
に混合し、減圧下にピッチの軟化点以上の温度に加熱
し、これを炭素繊維に含浸させた後、非酸化性雰囲気中
加圧下に550〜800℃で加熱炭化し、次いで不活性雰囲気
中900〜1500℃で焼成することを特徴とする炭素繊維／
炭素複合材の製造方法（以下本願第一発明という）、お
よび ピッチ粉末40〜99％と樹脂粉末60〜１％とを機械的に
混合し、得られた混合物を溶媒に加えて得た混合物濃度
10〜50％の分散液を炭素繊維に含浸させた後、ピッチ中
の軽質分の沸点未満で且つ溶媒の沸点以上の温度に加熱
して溶媒を除去し、非酸化性雰囲気中550〜800℃で加熱
炭化し、次いで不活性雰囲気中900〜1500℃で焼成する
ことを特徴とする炭素繊維／炭素複合材の製造方法（以
下本願第二発明という）。」 本発明で出発原料の一つとして使用するピッチ粉末
は、石炭系および石油系のいずれであっても良い。ピッ
チの軟化点は、60〜300℃程度のものが好ましい。この
様な軟化点を有するピッチは、市販品（例えば、アッシ
ュランド オイル社製の“A400ピッチ”、アライド ケ
ミカル社製の“15Vコールタール”など）として入手可
能である。軟化点が60℃未満の場合には、軽質分が多す
ぎるので、加圧下での焼成に際しても炭化収率があまり
向上せず、また製品が多孔質となり、緻密化が阻害され
る。一方、軟化点が300℃を上回る場合には、溶媒を添
加した状態でも、粘度が高くなり、炭素繊維への含浸が
効率的に行ない難くなる。一次キノリン不溶分量につい
ては、特に制限されない、ピッチ粉末の粒度は、100μ
ｍ以下であることが好ましい。
る： 「ピッチ粉末40〜99％と樹脂粉末60〜１％とを機械的
に混合し、減圧下にピッチの軟化点以上の温度に加熱
し、これを炭素繊維に含浸させた後、非酸化性雰囲気中
加圧下に550〜800℃で加熱炭化し、次いで不活性雰囲気
中900〜1500℃で焼成することを特徴とする炭素繊維／
炭素複合材の製造方法（以下本願第一発明という）、お
よび ピッチ粉末40〜99％と樹脂粉末60〜１％とを機械的に
混合し、得られた混合物を溶媒に加えて得た混合物濃度
10〜50％の分散液を炭素繊維に含浸させた後、ピッチ中
の軽質分の沸点未満で且つ溶媒の沸点以上の温度に加熱
して溶媒を除去し、非酸化性雰囲気中550〜800℃で加熱
炭化し、次いで不活性雰囲気中900〜1500℃で焼成する
ことを特徴とする炭素繊維／炭素複合材の製造方法（以
下本願第二発明という）。」 本発明で出発原料の一つとして使用するピッチ粉末
は、石炭系および石油系のいずれであっても良い。ピッ
チの軟化点は、60〜300℃程度のものが好ましい。この
様な軟化点を有するピッチは、市販品（例えば、アッシ
ュランド オイル社製の“A400ピッチ”、アライド ケ
ミカル社製の“15Vコールタール”など）として入手可
能である。軟化点が60℃未満の場合には、軽質分が多す
ぎるので、加圧下での焼成に際しても炭化収率があまり
向上せず、また製品が多孔質となり、緻密化が阻害され
る。一方、軟化点が300℃を上回る場合には、溶媒を添
加した状態でも、粘度が高くなり、炭素繊維への含浸が
効率的に行ない難くなる。一次キノリン不溶分量につい
ては、特に制限されない、ピッチ粉末の粒度は、100μ
ｍ以下であることが好ましい。
本発明における他の出発原料としての樹脂としては、
上記のピッチと相溶性の良いものを使用する。この様な
樹脂としては、ベンゼンおよび／またはフェノール分子
がエーテル結合、エチレン基、カルボニル基、スルホン
基などを介して結合されている構造を基本骨格として有
する長鎖芳香族ポリマーが使用される、この様な樹脂の
具体的な例としては、フェノール・ノボラック樹脂、フ
ェノール・レゾール樹脂（例えば、ヘキスト レジン社
製の“Alnovol PN320"など）、ポリエーテルエーテルケ
トン樹脂（PEEK）、ポリエーテルスルホン樹脂（PES）
などが例示される。これらの樹脂も、ピッチ粉末との均
一な混練のために、100μｍ以下の粉末として使用する
ことが好ましい。
上記のピッチと相溶性の良いものを使用する。この様な
樹脂としては、ベンゼンおよび／またはフェノール分子
がエーテル結合、エチレン基、カルボニル基、スルホン
基などを介して結合されている構造を基本骨格として有
する長鎖芳香族ポリマーが使用される、この様な樹脂の
具体的な例としては、フェノール・ノボラック樹脂、フ
ェノール・レゾール樹脂（例えば、ヘキスト レジン社
製の“Alnovol PN320"など）、ポリエーテルエーテルケ
トン樹脂（PEEK）、ポリエーテルスルホン樹脂（PES）
などが例示される。これらの樹脂も、ピッチ粉末との均
一な混練のために、100μｍ以下の粉末として使用する
ことが好ましい。
本願第一発明においては、まず、ピッチ粉末と樹脂粉
末とを混合して、樹脂含有量が１〜60％程度の均一な混
合物（以下ブレンドピッチという）を調製する。均一な
混合物の調製は、ピッチマトリックスの組織を均一なも
のとするために、極めて重要である。両者の混合は、均
一な混合物を形成し得る限り、任意の機械的手段によ
り、行うことができる。樹脂の量が１％未満の場合に
は、樹脂混合の効果が十分に発揮されず、光学的異方性
組織が流れ構造乃至ドメイン構造となるのに対し、60％
を上回る場合には、完全に光学的異方性組織となってし
まう。次いで、得られたブレンドピッチをピッチの軟化
点以上に加熱し、液体状態で炭素繊維に含浸させる。含
浸は、炭素繊維内へのブレンドピッチの含浸を促進させ
るために、760mmHg未満乃至20mmHgという減圧条件下に
行うことが好ましい。炭素繊維の形態としては、特に制
限はなく、トウ、ヤーン、織物、フェルト、紙状などの
任意の形態であって良い。次いで、ブレンドピッチを含
浸した炭素繊維を非酸化性雰囲気中で加熱炭化させる。
炭化に際しては、急激な加熱を避けて、５〜25MPa程度
の加圧下に0.5〜10℃／分程度の昇温速度で550〜800℃
の炭化温度域まで昇温することが望ましく、さらに必要
ならば最大１時間程度までそのまま保持する。炭化時の
圧力が5MPa未満の場合には、均一な組織構造が得られな
いのに対し、25MPaを上回る圧力は、効果の改善に何ら
寄与せず、単に製造費を高めるのみである。非酸化性雰
囲気ガスとしては、窒素、アルゴンなどが採用される。
次いで、炭化生成物をそのまま或いは室温まで冷却した
後不活性雰囲気中で焼成する。この焼成に際しては、0.
5〜50℃／分程度の昇温速度で900〜1500℃の温度域まで
昇温することが望ましく、さらに必要ならば30分間程度
そのまま保持する、焼成は、常圧或いは加圧下のいずれ
によっても行うことができるが、加圧による顕著な効果
の改善は認められない。なお、一回だけの炭化および焼
成では、得られた炭素繊維／炭素複合材に開気孔などが
存在して、所望の物性が得られない場合がある。この様
な場合には、上記と同様の含浸、炭化および焼成操作を
さらに一回乃至複数回行うことにより、開気孔にピッチ
マトリックスを充填させ、緻密度を高めることにより、
物性の改善を行なうことができる。さらに、より高度の
物性が要求される場合には、上記の様にして得られた炭
素繊維／炭素複合材を５〜50℃／分程度の昇温速度で25
00〜3000℃程度まで加熱し、必要ならば、10分程度まで
保持することにより、黒鉛化繊維／炭素複合材を得るこ
ともできる。
末とを混合して、樹脂含有量が１〜60％程度の均一な混
合物（以下ブレンドピッチという）を調製する。均一な
混合物の調製は、ピッチマトリックスの組織を均一なも
のとするために、極めて重要である。両者の混合は、均
一な混合物を形成し得る限り、任意の機械的手段によ
り、行うことができる。樹脂の量が１％未満の場合に
は、樹脂混合の効果が十分に発揮されず、光学的異方性
組織が流れ構造乃至ドメイン構造となるのに対し、60％
を上回る場合には、完全に光学的異方性組織となってし
まう。次いで、得られたブレンドピッチをピッチの軟化
点以上に加熱し、液体状態で炭素繊維に含浸させる。含
浸は、炭素繊維内へのブレンドピッチの含浸を促進させ
るために、760mmHg未満乃至20mmHgという減圧条件下に
行うことが好ましい。炭素繊維の形態としては、特に制
限はなく、トウ、ヤーン、織物、フェルト、紙状などの
任意の形態であって良い。次いで、ブレンドピッチを含
浸した炭素繊維を非酸化性雰囲気中で加熱炭化させる。
炭化に際しては、急激な加熱を避けて、５〜25MPa程度
の加圧下に0.5〜10℃／分程度の昇温速度で550〜800℃
の炭化温度域まで昇温することが望ましく、さらに必要
ならば最大１時間程度までそのまま保持する。炭化時の
圧力が5MPa未満の場合には、均一な組織構造が得られな
いのに対し、25MPaを上回る圧力は、効果の改善に何ら
寄与せず、単に製造費を高めるのみである。非酸化性雰
囲気ガスとしては、窒素、アルゴンなどが採用される。
次いで、炭化生成物をそのまま或いは室温まで冷却した
後不活性雰囲気中で焼成する。この焼成に際しては、0.
5〜50℃／分程度の昇温速度で900〜1500℃の温度域まで
昇温することが望ましく、さらに必要ならば30分間程度
そのまま保持する、焼成は、常圧或いは加圧下のいずれ
によっても行うことができるが、加圧による顕著な効果
の改善は認められない。なお、一回だけの炭化および焼
成では、得られた炭素繊維／炭素複合材に開気孔などが
存在して、所望の物性が得られない場合がある。この様
な場合には、上記と同様の含浸、炭化および焼成操作を
さらに一回乃至複数回行うことにより、開気孔にピッチ
マトリックスを充填させ、緻密度を高めることにより、
物性の改善を行なうことができる。さらに、より高度の
物性が要求される場合には、上記の様にして得られた炭
素繊維／炭素複合材を５〜50℃／分程度の昇温速度で25
00〜3000℃程度まで加熱し、必要ならば、10分程度まで
保持することにより、黒鉛化繊維／炭素複合材を得るこ
ともできる。
本願第二発明においては、まず、本願第一発明と同様
にして得られたブレンドピッチを適当な溶媒に添加し
て、ブレンドピッチ濃度10〜50容量％程度の分散液を調
製する。溶媒としては、沸点がピッチの軟化点以下であ
り、且つピッチとの相溶性の良いものが好適である。こ
の様な溶媒の具体例としては、例えば、フェノール樹脂
を使用する場合には、アセトン（沸点56.2℃）、メタノ
ール（沸点65.2℃）、エタノール（沸点78.5℃）などの
アルコール類、メチルエチルケトン（沸点79.6℃）等の
ケトン類などが挙げられ；ポリエーテルスルホン樹脂を
使用する場合には、ジクロロメタン（沸点40℃）、1,1,
2,2−テトラクロロエタン（沸点140℃）などが挙げら
れ；ポリエーテルエーテルケトン樹脂を使用する場合に
は、ｐ−クロロフェノールなどが挙げられる。次いで上
記の分散液を前記本願第一発明と同様の条件下に炭素繊
維に含浸させた後、溶媒の沸点よりも高く且つピッチの
軽質分の沸点よりも低い温度で溶媒を除去する。この本
願第二発明の含浸操作により、ブレンドピッチは、炭素
繊維中により効果的に浸透する。次いで、ブレンドピッ
チを含浸した炭素繊維を本願第一発明におけると同様に
して、常圧下または加圧下に炭化処理し、焼成し、さら
に必要ならば、黒鉛化する。本願第二発明においても、
必要ならば、含浸、炭化および焼成操作をさらに一回乃
至複数回繰り返すことは、本願第一発明の場合と同様で
ある。
にして得られたブレンドピッチを適当な溶媒に添加し
て、ブレンドピッチ濃度10〜50容量％程度の分散液を調
製する。溶媒としては、沸点がピッチの軟化点以下であ
り、且つピッチとの相溶性の良いものが好適である。こ
の様な溶媒の具体例としては、例えば、フェノール樹脂
を使用する場合には、アセトン（沸点56.2℃）、メタノ
ール（沸点65.2℃）、エタノール（沸点78.5℃）などの
アルコール類、メチルエチルケトン（沸点79.6℃）等の
ケトン類などが挙げられ；ポリエーテルスルホン樹脂を
使用する場合には、ジクロロメタン（沸点40℃）、1,1,
2,2−テトラクロロエタン（沸点140℃）などが挙げら
れ；ポリエーテルエーテルケトン樹脂を使用する場合に
は、ｐ−クロロフェノールなどが挙げられる。次いで上
記の分散液を前記本願第一発明と同様の条件下に炭素繊
維に含浸させた後、溶媒の沸点よりも高く且つピッチの
軽質分の沸点よりも低い温度で溶媒を除去する。この本
願第二発明の含浸操作により、ブレンドピッチは、炭素
繊維中により効果的に浸透する。次いで、ブレンドピッ
チを含浸した炭素繊維を本願第一発明におけると同様に
して、常圧下または加圧下に炭化処理し、焼成し、さら
に必要ならば、黒鉛化する。本願第二発明においても、
必要ならば、含浸、炭化および焼成操作をさらに一回乃
至複数回繰り返すことは、本願第一発明の場合と同様で
ある。
本発明方法によれば、炭素繊維間に均一な微細モザイ
ク状異方性組織を有するピッチマトリックスが形成され
る。すなわち、加熱により、樹脂に含まれる活性な官能
基とピッチ分子とが化学的な相互作用を及ぼしあって、
架橋結合が形成される。その結果、ピッチ分子が三次元
的に成長するとともに、系全体の流動性が低下して、光
学的組織の発達が制限され、均一な微細モザイク状異方
性組織が形成されることになる。この様な均一組織の形
成は、主に、（イ）ピッチと樹脂との混合を機械的に十
分に行って、均一なブレンドピッチを調製すること、お
よび（ロ）ブレンドピッチの炭化処理を加圧下に行なっ
て、反応系内に留めた揮発分の溶媒としての作用によ
り、系全体の粘度を低下させ、完全な混合を可能ならし
めることにより達成されるものである。もし、出発原料
であるピッチと樹脂との混合が不十分である場合には、
組織が全体として不均一なものとなり、所望の物性改善
は行なわれ難い。また、単に機械的に混合しただけのブ
レンドピッチを常圧下に炭化処理を行う場合には、揮発
分が系外に留出して、完全な混合は困難となる。
ク状異方性組織を有するピッチマトリックスが形成され
る。すなわち、加熱により、樹脂に含まれる活性な官能
基とピッチ分子とが化学的な相互作用を及ぼしあって、
架橋結合が形成される。その結果、ピッチ分子が三次元
的に成長するとともに、系全体の流動性が低下して、光
学的組織の発達が制限され、均一な微細モザイク状異方
性組織が形成されることになる。この様な均一組織の形
成は、主に、（イ）ピッチと樹脂との混合を機械的に十
分に行って、均一なブレンドピッチを調製すること、お
よび（ロ）ブレンドピッチの炭化処理を加圧下に行なっ
て、反応系内に留めた揮発分の溶媒としての作用によ
り、系全体の粘度を低下させ、完全な混合を可能ならし
めることにより達成されるものである。もし、出発原料
であるピッチと樹脂との混合が不十分である場合には、
組織が全体として不均一なものとなり、所望の物性改善
は行なわれ難い。また、単に機械的に混合しただけのブ
レンドピッチを常圧下に炭化処理を行う場合には、揮発
分が系外に留出して、完全な混合は困難となる。
発明の効果 本発明方法により得られる炭素繊維／炭素複合材にお
いては、形成されるピッチマトリックスが均一で微細な
モザイク状異方性組織を有している。従って、炭素繊維
／炭素複合材に高い応力が加わった場合にも、発生した
破断クラックの伝播がモザイク状の結晶子間の境界面で
止まるので、炭素繊維／炭素複合材は、高い強度を発揮
する。
いては、形成されるピッチマトリックスが均一で微細な
モザイク状異方性組織を有している。従って、炭素繊維
／炭素複合材に高い応力が加わった場合にも、発生した
破断クラックの伝播がモザイク状の結晶子間の境界面で
止まるので、炭素繊維／炭素複合材は、高い強度を発揮
する。
また、加圧下での炭化操作自体は、常圧での炭化操作
に比して、コスト高となるものの、炭化収率が飛躍的に
改善される。従って、綴密化のための含浸−炭化操作の
繰返し回数が大幅に減少するので、全体的には、常圧炭
化処理を上回る経済性が達成される。
に比して、コスト高となるものの、炭化収率が飛躍的に
改善される。従って、綴密化のための含浸−炭化操作の
繰返し回数が大幅に減少するので、全体的には、常圧炭
化処理を上回る経済性が達成される。
実施例 以下に実施例および比較例を示し、本発明の特徴とす
るところをより一層明確にする。
るところをより一層明確にする。
実施例１ 100μｍ以下に粉砕した石油系ピッチ（“A400"、アッ
シュランドオイル社製）60部とフェノール樹脂（“Alno
vol PN320"、ヘキストレジン社製）40部とを機械的に混
合した後、アセトン30部を加えて、ブレンドピッチ分散
液を調製した。
シュランドオイル社製）60部とフェノール樹脂（“Alno
vol PN320"、ヘキストレジン社製）40部とを機械的に混
合した後、アセトン30部を加えて、ブレンドピッチ分散
液を調製した。
次いで、一軸方向に並べられたPAN系炭素遷移層に室
温で100mm/Hgの減圧下に上記のブレンドピッチ分散液を
含浸させた後、75℃でアセトンを蒸発・除去した。
温で100mm/Hgの減圧下に上記のブレンドピッチ分散液を
含浸させた後、75℃でアセトンを蒸発・除去した。
次いで、得られたブレンドピッチ含浸炭素繊維を窒素
雰囲気中20MPaの加圧下に１℃／分の速度で600℃まで昇
温させ、同温度に１時間保持して、炭化した。
雰囲気中20MPaの加圧下に１℃／分の速度で600℃まで昇
温させ、同温度に１時間保持して、炭化した。
次いで、炭化生成物を常温まで冷却した後、常圧で４
℃／分の速度で1000℃まで昇温させ、同温度に30分間保
持して、焼成した。
℃／分の速度で1000℃まで昇温させ、同温度に30分間保
持して、焼成した。
次いで、上記のブレンドピッチの含浸→炭化処理→焼
成というサイクルをさらに２回繰り返して、本発明の炭
素繊維／炭素複合材を得た。
成というサイクルをさらに２回繰り返して、本発明の炭
素繊維／炭素複合材を得た。
得られた炭素繊維／炭素複合材のかさ密度は、1.84g/
cm3であった。また、炭素繊維／炭素複合材の断面の偏
光顕微鏡写真（第１図）が示すように、ピッチマトリッ
クス部には、均一な微細モザイク状異方性組織が形成さ
れている。
cm3であった。また、炭素繊維／炭素複合材の断面の偏
光顕微鏡写真（第１図）が示すように、ピッチマトリッ
クス部には、均一な微細モザイク状異方性組織が形成さ
れている。
また、得られた炭素繊維／炭素複合材をJISR 1601に
準じて３点曲げ試験に供したところ、288MNm-2という優
れた曲げ強度を示した。
準じて３点曲げ試験に供したところ、288MNm-2という優
れた曲げ強度を示した。
実施例２ 実施例１と同様のピッチ粉末100部にPES樹脂20部を加
え、機械的に混合した。得られた混合物に20体積％のジ
クロロメタンを加えて混合物を溶解させた後、常温下10
0mmHgの減圧状態で一軸方向に並べられた炭素繊維を該
溶液に浸漬し、30分間合浸させた。
え、機械的に混合した。得られた混合物に20体積％のジ
クロロメタンを加えて混合物を溶解させた後、常温下10
0mmHgの減圧状態で一軸方向に並べられた炭素繊維を該
溶液に浸漬し、30分間合浸させた。
次いで、該含浸物を70℃に加熱した乾燥器中に１時間
保持して、ジクロロメタンを系外に除去した後、オート
クレーブを使用して窒素雰囲気中で１℃／分の昇温速度
で600℃まで昇温し、１時間保持して、炭化した、その
際の圧力は、20MPaであった。
保持して、ジクロロメタンを系外に除去した後、オート
クレーブを使用して窒素雰囲気中で１℃／分の昇温速度
で600℃まで昇温し、１時間保持して、炭化した、その
際の圧力は、20MPaであった。
オートクレーブが室温まで冷却された後、得られたグ
リーンの炭素繊維／炭素複合材を窒素気流下に４℃／分
の昇温速度で1000℃まで昇温し、0.5時間保持した、同
様の含浸及び炭化操作を更に２回繰り返して、最終製品
である炭素繊維／炭素複合材を得た。
リーンの炭素繊維／炭素複合材を窒素気流下に４℃／分
の昇温速度で1000℃まで昇温し、0.5時間保持した、同
様の含浸及び炭化操作を更に２回繰り返して、最終製品
である炭素繊維／炭素複合材を得た。
得られた炭素繊維／炭素複合材の炭素繊維含長率は、
50体積％、かさ密度は、1.78g/cm3、３点曲げ強度は、2
65MNm-2であった。
50体積％、かさ密度は、1.78g/cm3、３点曲げ強度は、2
65MNm-2であった。
比較例１ 実施例１で使用したものと同様のピッチ粉末を270℃
に加熱して溶融させ、一軸方向に並べられたPAN系炭素
遷移層に100mm/Hgの減圧下に45分間合浸させた後、実施
例１と同様にして加圧下に炭化し、焼成し、さらに２回
にわたって、含浸→炭化→焼成というサイクルを繰り返
した。
に加熱して溶融させ、一軸方向に並べられたPAN系炭素
遷移層に100mm/Hgの減圧下に45分間合浸させた後、実施
例１と同様にして加圧下に炭化し、焼成し、さらに２回
にわたって、含浸→炭化→焼成というサイクルを繰り返
した。
得られた炭素繊維／炭素複合材のかさ密度は、1.54g/
cm3であり、曲げ強度は、211MNm-2であった。また、炭
素繊維／炭素複合材の断面の偏光顕微鏡写真（第２図）
が示すように、ピッチマトリックス部では、光学的異方
性組織が流れ構造を呈していた。
cm3であり、曲げ強度は、211MNm-2であった。また、炭
素繊維／炭素複合材の断面の偏光顕微鏡写真（第２図）
が示すように、ピッチマトリックス部では、光学的異方
性組織が流れ構造を呈していた。
第１図は、本発明方法により得られた炭素繊維／炭素複
合材の断面の偏光顕微鏡写真である。 第２図は、比較例方法により得られた炭素繊維／炭素複
合材の断面の偏光顕微鏡写真である。
合材の断面の偏光顕微鏡写真である。 第２図は、比較例方法により得られた炭素繊維／炭素複
合材の断面の偏光顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−79070（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/83
Claims (5)
- 【請求項１】ピッチ粉末40〜99％と樹脂粉末60〜１％と
を機械的に混合し、減圧下にピッチの軟化点以上の温度
に加熱し、これを炭素繊維に含浸させた後、非酸化性雰
囲気中加圧下に550〜800℃で加熱炭化し、次いで不活性
雰囲気中900〜1500℃で焼成することを特徴とする炭素
繊維／炭素複合材の製造方法。 - 【請求項２】樹脂が、ベンゼンおよび／またはフェノー
ル分子がエーテル、メチレン基、カルボニル基またはス
ルホン基を介して結合された構造を基本構造として有す
る長鎖芳香族ポリマーである請求項に記載の炭素繊維
／炭素複合材の製造方法。 - 【請求項３】ピッチ粉末40〜99％と樹脂粉末60〜１％と
を機械的に混合し、得られた混合物を溶媒に加えて得た
混合物濃度10〜50％の分散液を炭素繊維に含浸させた
後、ピッチ中の軽質分の沸点未満で且つ溶媒の沸点以上
の温度に加熱して溶媒を除去し、非酸化性雰囲気中550
〜800℃で加熱炭化し、次いで不活性雰囲気中900〜1500
℃で焼成することを特徴とする炭素繊維／炭素複合材の
製造方法。 - 【請求項４】樹脂が、ベンゼンおよび／またはフェノー
ル分子がエーテル、メチレン基、カルボニル基またはス
ルホン基を介して結合された構造を基本構造として有す
る長鎖芳香族ポリマーである請求項に記載の炭素繊維
／炭素複合材の製造方法。 - 【請求項５】溶媒が、ピッチと相溶性を有し、その沸点
がピッチの軟化点未満である溶媒である請求項に記載
の炭素繊維／炭素複合材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1161934A JP2835525B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 炭素繊維／炭素複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1161934A JP2835525B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 炭素繊維／炭素複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328165A JPH0328165A (ja) | 1991-02-06 |
| JP2835525B2 true JP2835525B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=15744816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1161934A Expired - Lifetime JP2835525B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 炭素繊維／炭素複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2835525B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5769519B2 (ja) * | 2011-06-30 | 2015-08-26 | コバレントマテリアル株式会社 | 強化用繊維材料と強化用繊維材料を用いた繊維強化セラミックス複合材料及びこれらの製造方法 |
-
1989
- 1989-06-23 JP JP1161934A patent/JP2835525B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0328165A (ja) | 1991-02-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Park | Carbon fibers | |
| US4986943A (en) | Method for oxidation stabilization of pitch-based matrices for carbon-carbon composites | |
| White et al. | Pitch-based processing of carbon-carbon composites | |
| US5057254A (en) | Process for producing carbon/carbon composites | |
| DE102013114628A1 (de) | Verfahren zum Herstellen von endkonturnah geformten Siliciumcarbid-Keramiken | |
| US3927157A (en) | High temperature resistant products and methods for making the same | |
| JPH03150266A (ja) | 炭素／炭素複合材料の製造方法 | |
| JP2835525B2 (ja) | 炭素繊維／炭素複合材の製造方法 | |
| EP1518016B1 (en) | Isotropic pitch-based materials for thermal insulation | |
| US7018526B1 (en) | Carbonized pitch moldings prepared from synthetic mesophase pitch and heat-soaked isotropic pitch | |
| US5547654A (en) | Self-adhesive carbonaceous grains and high density carbon artifacts derived therefrom | |
| JP3031626B2 (ja) | 粘結剤，含浸剤及びこれらの製造方法 | |
| JPH0816032B2 (ja) | 高強度炭素炭素複合材の製造方法 | |
| US6291537B1 (en) | Encapsulation of oxidants for pitch stabilization | |
| KR100340591B1 (ko) | 피복층의 접합성이 강하고 흡착능이 우수한 활성탄소 섬유의 제조방법 | |
| Ogawa et al. | Texture and graphitizability of carbons made from pitch and phenolic resin mixtures | |
| JP3138718B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 | |
| RU2135854C1 (ru) | Фрикционный композиционный материал и способ его получения | |
| JPS62138361A (ja) | 炭素材料よりなる高密度成形体の製造方法 | |
| KR950011212B1 (ko) | 마찰재료용 탄소섬유 강화 탄소복합재료 및 그 제조방법 | |
| JPH06263558A (ja) | 多孔質炭素板の製法および多孔質炭素電極材 | |
| US20220009839A1 (en) | Carbon foam, systems and methods for forming the same | |
| JPH0551257A (ja) | 炭素繊維強化炭素材料の製造法 | |
| JPH01145375A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 | |
| JPH02129256A (ja) | 炭素化物形成用組成物 |