JP3004777B2 - 炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体の製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体の製造方法Info
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- JP3004777B2 JP3004777B2 JP3209261A JP20926191A JP3004777B2 JP 3004777 B2 JP3004777 B2 JP 3004777B2 JP 3209261 A JP3209261 A JP 3209261A JP 20926191 A JP20926191 A JP 20926191A JP 3004777 B2 JP3004777 B2 JP 3004777B2
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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
材料用前駆成形体の製造方法に関する。
材料用前駆成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来炭素繊維強化炭素複合材料は、耐熱
性や耐薬品性に優れ、かつ高強度で軽量であり、例え
ば、フェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂を
炭素繊維に含浸したシート（以下、プリプレグという）
をつくり、必要に応じた枚数を積層し、これを加熱し樹
脂を硬化させて得られた炭素繊維強化炭素前駆成形体
（以下、ＦＲＰという）を７００℃以上の高温で不活性
雰囲気中において、焼成炭化したものが知られている。
性や耐薬品性に優れ、かつ高強度で軽量であり、例え
ば、フェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂を
炭素繊維に含浸したシート（以下、プリプレグという）
をつくり、必要に応じた枚数を積層し、これを加熱し樹
脂を硬化させて得られた炭素繊維強化炭素前駆成形体
（以下、ＦＲＰという）を７００℃以上の高温で不活性
雰囲気中において、焼成炭化したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＦＲＰ
を７００℃以上の高温で不活性雰囲気中において焼成炭
化する過程で、積層した層間に層状割れを発生し易いと
いう問題があった。
を７００℃以上の高温で不活性雰囲気中において焼成炭
化する過程で、積層した層間に層状割れを発生し易いと
いう問題があった。
【０００４】本発明の目的は、従来技術における前記問
題点を解決し、焼成炭化する際に層状割れを発生せず、
良好な形状を有する炭素繊維強化炭素複合材料を得るた
めの炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体の製造方法
を提供することである。
題点を解決し、焼成炭化する際に層状割れを発生せず、
良好な形状を有する炭素繊維強化炭素複合材料を得るた
めの炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体の製造方法
を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記問題を
解決するために鋭意研究した結果、加圧、加熱、成形し
て得たＦＲＰに減圧下において加熱処理を施し、ＦＲＰ
中の揮発分を十分に除去すれば、これを焼成炭化して良
好な形状を有する炭素繊維共炭素複合材料とすることが
できる炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体を提供で
きるとの知見を得、本発明にいたった。
解決するために鋭意研究した結果、加圧、加熱、成形し
て得たＦＲＰに減圧下において加熱処理を施し、ＦＲＰ
中の揮発分を十分に除去すれば、これを焼成炭化して良
好な形状を有する炭素繊維共炭素複合材料とすることが
できる炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体を提供で
きるとの知見を得、本発明にいたった。
【０００６】すわなち、上記目的を達成するために本発
明によれば、炭化可能な樹脂を炭素繊維織布に含浸した
シートを積層し、これを加圧、加熱、成形したのち、減
圧下で加熱することを特徴とする炭素繊維強化炭素複合
材料用前駆成形体の製造方法が提供される。
明によれば、炭化可能な樹脂を炭素繊維織布に含浸した
シートを積層し、これを加圧、加熱、成形したのち、減
圧下で加熱することを特徴とする炭素繊維強化炭素複合
材料用前駆成形体の製造方法が提供される。
【０００７】ここで、前記減圧下で加熱する際の雰囲気
圧力は、５００mmHg以下であるのが好ましい。
圧力は、５００mmHg以下であるのが好ましい。
【０００８】また、前記減圧下での加熱は、２０時間以
上行うのが好ましい。
上行うのが好ましい。
【０００９】また、前記減圧下で加熱する際の温度は、
前記加圧、加熱、成形時の温度以下であるのが好まし
い。
前記加圧、加熱、成形時の温度以下であるのが好まし
い。
【００１０】以下に本発明を更に詳細に説明する。炭化
可能な樹脂としては、フェノール樹脂が好ましく、例え
ば旭有機材工業（株）製”ＲＭ３０００Ｋ”など一般に
市販されているものを使用できる。しかし、その他フラ
ン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリ
イミド樹脂等も使用可能で、残炭率が４５％以上のもの
であれば本発明に十分使用し得る。フェノール樹脂が好
ましい理由は、樹脂の取扱いやすいさ、成形体の特性が
良好で安価なことによる。また、残炭率が４５％未満の
樹脂では焼成時にガスの発生が多く激しく収縮するた
め、リブの部分にガスぶくれ、層間割れ、変形が発生す
る。
可能な樹脂としては、フェノール樹脂が好ましく、例え
ば旭有機材工業（株）製”ＲＭ３０００Ｋ”など一般に
市販されているものを使用できる。しかし、その他フラ
ン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリ
イミド樹脂等も使用可能で、残炭率が４５％以上のもの
であれば本発明に十分使用し得る。フェノール樹脂が好
ましい理由は、樹脂の取扱いやすいさ、成形体の特性が
良好で安価なことによる。また、残炭率が４５％未満の
樹脂では焼成時にガスの発生が多く激しく収縮するた
め、リブの部分にガスぶくれ、層間割れ、変形が発生す
る。
【００１１】炭化繊維は、ＰＡＮ系、レーヨン系および
タールピッチ系炭素繊維を用いることができ、強度的に
ＰＡＮ系のものを用いると最も優れたものが得られる。
例えば、東邦レーヨン（株）製”高強度ベスファイト
（ＨＴＡ）”、”高弾性ベスファイト（ＨＭ４０）”等
の一般に市販されているものが使用できる。補強繊維の
形態としては、長繊維フィラメントを１００〜１２００
０本束ねたロービングを一方向に引き揃えたものおよび
／または織物が使用できる。
タールピッチ系炭素繊維を用いることができ、強度的に
ＰＡＮ系のものを用いると最も優れたものが得られる。
例えば、東邦レーヨン（株）製”高強度ベスファイト
（ＨＴＡ）”、”高弾性ベスファイト（ＨＭ４０）”等
の一般に市販されているものが使用できる。補強繊維の
形態としては、長繊維フィラメントを１００〜１２００
０本束ねたロービングを一方向に引き揃えたものおよび
／または織物が使用できる。
【００１２】炭化可能な樹脂と炭素繊維との配合方法と
しては、例えば炭化可能な樹脂をアセトン、メタノー
ル、トルエンその他の低沸点の有機溶剤およびその混合
溶媒などに溶解せしめ炭素繊維のシートに含浸させた
後、オーブン、真空乾燥機などを用いて有機溶媒を取り
除く方法、あるいは、炭素繊維を挟んで少なくとも一方
に炭化可能な樹脂を塗布した離型紙を重ね合わせ、加熱
ロールにて加圧、加熱処理し、樹脂を炭素繊維に転移・
含浸する方法など、炭素繊維表面に炭化可能な樹脂を均
一にむらなく塗布、含浸することができるものであれば
如何なる方法によっても良く、本発明は炭化可能な樹脂
と炭素繊維との配合方法に、特に限定はない。
しては、例えば炭化可能な樹脂をアセトン、メタノー
ル、トルエンその他の低沸点の有機溶剤およびその混合
溶媒などに溶解せしめ炭素繊維のシートに含浸させた
後、オーブン、真空乾燥機などを用いて有機溶媒を取り
除く方法、あるいは、炭素繊維を挟んで少なくとも一方
に炭化可能な樹脂を塗布した離型紙を重ね合わせ、加熱
ロールにて加圧、加熱処理し、樹脂を炭素繊維に転移・
含浸する方法など、炭素繊維表面に炭化可能な樹脂を均
一にむらなく塗布、含浸することができるものであれば
如何なる方法によっても良く、本発明は炭化可能な樹脂
と炭素繊維との配合方法に、特に限定はない。
【００１３】炭化可能な樹脂の炭素繊維への目付け量
は、ＦＲＰ中に占める量が２０〜５０重量％になるよう
に調整するのがよい。２０重量％より少ない配合量で
は、得られる炭素繊維強化炭素複合材料の層間接着力が
著しく弱くなり層間で割れを発生し易くなる。一方５０
重量％より配合量を多くすると焼成炭化時の熱分解ガス
の発生が多く、また樹脂の収縮によりガスぶくれ層間割
れ、変形を引き起こす。
は、ＦＲＰ中に占める量が２０〜５０重量％になるよう
に調整するのがよい。２０重量％より少ない配合量で
は、得られる炭素繊維強化炭素複合材料の層間接着力が
著しく弱くなり層間で割れを発生し易くなる。一方５０
重量％より配合量を多くすると焼成炭化時の熱分解ガス
の発生が多く、また樹脂の収縮によりガスぶくれ層間割
れ、変形を引き起こす。
【００１４】上述のようにして樹脂を含浸した炭素繊維
プリプレグを積層した後、オートクレーブまたは圧縮成
形機を用いて加圧、加熱、成形し、樹脂を硬化させＦＲ
Ｐを得る。ここでオートクレーブによる成形とは、プリ
プレグ積層体を、減圧可能な状態にフィルムでシール
し、フィルム内を真空（約５００mmHg以下）にしながら
オートクレーブ内を加圧、加熱することによって雰囲気
ガス圧力温度をフィルムを通してプリプレグに加え樹脂
を硬化させる方法である。また、圧縮圧形機による成形
とは、加熱された１対のプレートの間にプリプレグ積層
体を挟んで加圧することによって樹脂を硬化させる方法
である。前記ＦＲＰ製造時の加熱温度は１２０〜２００
℃の範囲内が好ましい。ＦＲＰ中の揮発分を十分に除去
するために、このＦＲＰを減圧下において再び加熱す
る。この時の圧力は、５００mmHg以下であることが好ま
しい。これを超える圧力ではＦＲＰ中の揮発分を十分に
除去することができず、焼成炭化した場合急激にガスが
発生し、層間に割れを生じてしまう。減圧下の雰囲気は
加熱温度が低いため、空気、窒素、アルゴン等から適宜
選択され、特に制限を受けるものではない。加熱温度
は、成形時の温度以下であることが好ましい。前記成形
時の温度を超える温度では、ＦＲＰ中の揮発分が急激に
ＦＲＰ外へ拡散しようとうするために、炭素繊維強化炭
素複合材料用前駆成形体中に割れを発生してしまう。ま
た加熱時間としては２０時間以上処理することが好まし
い。これより短時間では、炭素繊維強化炭素複合材料用
前駆成形体中の揮発分を十分に除去することができず、
焼成炭化時に急激にガスが発生し、得られる炭素繊維強
化炭素複合材料に層状割れを生じてしまう。
プリプレグを積層した後、オートクレーブまたは圧縮成
形機を用いて加圧、加熱、成形し、樹脂を硬化させＦＲ
Ｐを得る。ここでオートクレーブによる成形とは、プリ
プレグ積層体を、減圧可能な状態にフィルムでシール
し、フィルム内を真空（約５００mmHg以下）にしながら
オートクレーブ内を加圧、加熱することによって雰囲気
ガス圧力温度をフィルムを通してプリプレグに加え樹脂
を硬化させる方法である。また、圧縮圧形機による成形
とは、加熱された１対のプレートの間にプリプレグ積層
体を挟んで加圧することによって樹脂を硬化させる方法
である。前記ＦＲＰ製造時の加熱温度は１２０〜２００
℃の範囲内が好ましい。ＦＲＰ中の揮発分を十分に除去
するために、このＦＲＰを減圧下において再び加熱す
る。この時の圧力は、５００mmHg以下であることが好ま
しい。これを超える圧力ではＦＲＰ中の揮発分を十分に
除去することができず、焼成炭化した場合急激にガスが
発生し、層間に割れを生じてしまう。減圧下の雰囲気は
加熱温度が低いため、空気、窒素、アルゴン等から適宜
選択され、特に制限を受けるものではない。加熱温度
は、成形時の温度以下であることが好ましい。前記成形
時の温度を超える温度では、ＦＲＰ中の揮発分が急激に
ＦＲＰ外へ拡散しようとうするために、炭素繊維強化炭
素複合材料用前駆成形体中に割れを発生してしまう。ま
た加熱時間としては２０時間以上処理することが好まし
い。これより短時間では、炭素繊維強化炭素複合材料用
前駆成形体中の揮発分を十分に除去することができず、
焼成炭化時に急激にガスが発生し、得られる炭素繊維強
化炭素複合材料に層状割れを生じてしまう。
【００１５】
【実施例】以下に本発明を実施例に基づき具体的に説明
する。
する。
【００１６】（実施例１）液状フェノール樹脂（旭有機
材工業（株）製：ＲＭ３０００Ｋ）とメタノールとを混
合して調整した樹脂ワニスを炭素繊維織物（東邦レーヨ
ン（株）製：Ｗ−３１２１）に含浸し、室温にて４時間
乾燥した後、オーブン中で１００℃、４５分間予備硬化
し、樹脂目付け量５０％の炭素繊維プリプレグを得た。
この織物プリプレグを、３０ｃｍ角に切断した後２０枚
を積層し、オートクレーブ中で２kg/cm2の圧力の雰囲気
下で１５０℃、１２０分間加熱・成形し、厚さ約５ｍｍ
のＦＲＰを得た。このＦＲＰを真空乾燥器中５mmHgの圧
力下で、１５０℃、４０時間再加熱処理を行い炭素繊維
強化炭素複合材料用前駆成形体を得た。この前駆成形体
を窒素ガス雰囲気下で１０℃／時間の昇温速度にて１０
００℃まで昇温・加熱・炭化して炭素繊維強化炭素複合
材料を得た。この炭素繊維強化炭素複合材料の外観観察
および断面観察を行い膨れや層状割れの無いことを確認
した。
材工業（株）製：ＲＭ３０００Ｋ）とメタノールとを混
合して調整した樹脂ワニスを炭素繊維織物（東邦レーヨ
ン（株）製：Ｗ−３１２１）に含浸し、室温にて４時間
乾燥した後、オーブン中で１００℃、４５分間予備硬化
し、樹脂目付け量５０％の炭素繊維プリプレグを得た。
この織物プリプレグを、３０ｃｍ角に切断した後２０枚
を積層し、オートクレーブ中で２kg/cm2の圧力の雰囲気
下で１５０℃、１２０分間加熱・成形し、厚さ約５ｍｍ
のＦＲＰを得た。このＦＲＰを真空乾燥器中５mmHgの圧
力下で、１５０℃、４０時間再加熱処理を行い炭素繊維
強化炭素複合材料用前駆成形体を得た。この前駆成形体
を窒素ガス雰囲気下で１０℃／時間の昇温速度にて１０
００℃まで昇温・加熱・炭化して炭素繊維強化炭素複合
材料を得た。この炭素繊維強化炭素複合材料の外観観察
および断面観察を行い膨れや層状割れの無いことを確認
した。
【００１７】（比較例１）実施例１における再加熱処理
を大気圧下で行った他は全く同様にして炭素繊維強化炭
素複合材料を作製した。この炭素繊維強化炭素複合材料
の外観観察および断面観察を行った結果、板厚の中央付
近に直径２００ｍｍ程度のほぼ円形の層状割れが発見さ
れた。
を大気圧下で行った他は全く同様にして炭素繊維強化炭
素複合材料を作製した。この炭素繊維強化炭素複合材料
の外観観察および断面観察を行った結果、板厚の中央付
近に直径２００ｍｍ程度のほぼ円形の層状割れが発見さ
れた。
【００１８】（比較例２）実施例１における再加熱処理
を１０時間だけ行った他は全く同様にして炭素繊維強化
炭素複合材料を作製した。この炭素繊維強化炭素複合材
料の外観観察および断面観察を行った結果、板厚の中央
付近に直径２００ｍｍ程度のほぼ円形の層状割れが発見
された。
を１０時間だけ行った他は全く同様にして炭素繊維強化
炭素複合材料を作製した。この炭素繊維強化炭素複合材
料の外観観察および断面観察を行った結果、板厚の中央
付近に直径２００ｍｍ程度のほぼ円形の層状割れが発見
された。
【００１９】（比較例３）実施例１における再加熱処理
を２５０℃で行った他は全く同様にして炭素繊維強化炭
素複合材料用前駆成形体を作製した。この炭素繊維強化
炭素複合材料用前駆成形体は再加熱処理中に板面の中央
付近に膨れを生じた。
を２５０℃で行った他は全く同様にして炭素繊維強化炭
素複合材料用前駆成形体を作製した。この炭素繊維強化
炭素複合材料用前駆成形体は再加熱処理中に板面の中央
付近に膨れを生じた。
【００２０】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、加圧、加熱、成形したのち、減圧下で加熱し
て得た炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体は、焼成
炭化する際に層状割れのない良好な形状を有する炭素繊
維強化炭素複合材料構造体となる。
いるので、加圧、加熱、成形したのち、減圧下で加熱し
て得た炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体は、焼成
炭化する際に層状割れのない良好な形状を有する炭素繊
維強化炭素複合材料構造体となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｊ 5/04 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｇ (56)参考文献 特開 平５−51257（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−59508（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−129814（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−148019（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/52 C08J 5/24,5/04 B29B 11/16 B29B 15/08 - 15/14 C01B 31/02 101
Claims (4)
- 【請求項１】 炭化可能な樹脂を炭素繊維織布に含浸し
たシートを積層し、これを加圧、加熱、成形したのち、
減圧下で加熱することを特徴とする炭素繊維強化炭素複
合材料用前駆成形体の製造方法。 - 【請求項２】 前記減圧下で加熱する際の雰囲気圧力
は、５００mmHg以下である請求項１に記載の炭素繊維強
化炭素複合材料用前駆成形体の製造方法。 - 【請求項３】 前記減圧下での加熱は、２０時間以上行
う請求項１または２に記載の炭素繊維強化炭素複合材料
用前駆成形体の製造方法。 - 【請求項４】 前記減圧下で加熱する際の温度は、前記
加圧、加熱、成形時の温度以下である請求項１〜３のい
ずれかに記載の炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3209261A JP3004777B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3209261A JP3004777B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0543719A JPH0543719A (ja) | 1993-02-23 |
| JP3004777B2 true JP3004777B2 (ja) | 2000-01-31 |
Family
ID=16570024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3209261A Expired - Lifetime JP3004777B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3004777B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
1991
- 1991-08-21 JP JP3209261A patent/JP3004777B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0543719A (ja) | 1993-02-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19991019 |