JP3138718B2 - 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化炭素材料の製造方法Info
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- JP3138718B2 JP3138718B2 JP02044029A JP4402990A JP3138718B2 JP 3138718 B2 JP3138718 B2 JP 3138718B2 JP 02044029 A JP02044029 A JP 02044029A JP 4402990 A JP4402990 A JP 4402990A JP 3138718 B2 JP3138718 B2 JP 3138718B2
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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材料（炭素−炭素複合材）
の製造方法に関する。さらにいえば、室温流動性もしく
は粘着性を示す熱硬化性樹脂を溶媒に溶解した溶液に生
コークス粉末を主とする炭素粉末を分散させた液を含浸
させて得られる母材先駆材含有炭素繊維を成形、焼成し
て炭素−炭素複合材を製造する方法に関する。
の製造方法に関する。さらにいえば、室温流動性もしく
は粘着性を示す熱硬化性樹脂を溶媒に溶解した溶液に生
コークス粉末を主とする炭素粉末を分散させた液を含浸
させて得られる母材先駆材含有炭素繊維を成形、焼成し
て炭素−炭素複合材を製造する方法に関する。
炭素−炭素複合材は耐熱性、耐熱衝撃性にすぐれた軽
量材であって、航空宇宙機器、核融合炉等の耐熱摺動
材、高温断熱材等にきわめて有用なものである。このよ
うな炭素−炭素複合材は、従来炭素繊維にフェノール樹
脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂あるいはピッチを含浸
させた成形体を焼成して炭化、黒鉛化し、さらに含浸と
焼成を数回繰返す母材先駆材含浸法と、炭素繊維集合体
の繊維間空隙に炭化水素を用いる化学蒸着法によって炭
素を充填する方法によって製造するのが一般である。し
かしながら、上記含浸法は製造にきわめて長期間を要す
るので、この点を改良するために炭化収率がピッチ以上
に高い炭素粉末を母材先駆材の主材に使用する方法の開
発が要望されていた。
量材であって、航空宇宙機器、核融合炉等の耐熱摺動
材、高温断熱材等にきわめて有用なものである。このよ
うな炭素−炭素複合材は、従来炭素繊維にフェノール樹
脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂あるいはピッチを含浸
させた成形体を焼成して炭化、黒鉛化し、さらに含浸と
焼成を数回繰返す母材先駆材含浸法と、炭素繊維集合体
の繊維間空隙に炭化水素を用いる化学蒸着法によって炭
素を充填する方法によって製造するのが一般である。し
かしながら、上記含浸法は製造にきわめて長期間を要す
るので、この点を改良するために炭化収率がピッチ以上
に高い炭素粉末を母材先駆材の主材に使用する方法の開
発が要望されていた。
このような粉末のなかで、特に焼前の生コークス粉
末には自己焼結性を示すものがあり、これを単味で加圧
成形し、次いで焼成することによって炭素材料成形体の
得られることが以前から知られていた。従って、このよ
うな自己焼結性を示す生コークス粉末を母材先駆材とし
て使用するときは、ピッチ等の結合材を別に用いること
なく炭素−炭素複合材が製造し得ることは容易に予想し
得るところである。事実、生コークス粉末を母材先駆材
とする方法が特開昭61−21973号公報で開示されてい
る。
末には自己焼結性を示すものがあり、これを単味で加圧
成形し、次いで焼成することによって炭素材料成形体の
得られることが以前から知られていた。従って、このよ
うな自己焼結性を示す生コークス粉末を母材先駆材とし
て使用するときは、ピッチ等の結合材を別に用いること
なく炭素−炭素複合材が製造し得ることは容易に予想し
得るところである。事実、生コークス粉末を母材先駆材
とする方法が特開昭61−21973号公報で開示されてい
る。
しかしながら、この方法は、炭素繊維に生コークス粉
末を含有させるに当って生コークス粉末をイオン化電着
法によって炭素繊維に接着させる手法をとるものであっ
て、炭素繊維の束に電圧を負荷される等煩雑な操作を必
要とする。そのため、それにかわる方法として溶媒に生
コークス粉末を主とする炭素粉末を分散させた分散液を
炭素繊維に含浸させる方法が考えられている。
末を含有させるに当って生コークス粉末をイオン化電着
法によって炭素繊維に接着させる手法をとるものであっ
て、炭素繊維の束に電圧を負荷される等煩雑な操作を必
要とする。そのため、それにかわる方法として溶媒に生
コークス粉末を主とする炭素粉末を分散させた分散液を
炭素繊維に含浸させる方法が考えられている。
強度のより高い炭素−炭素複合材を得るための母材先
駆材含有炭素繊維（中間材）としては、炭化収率のより
高くかつ炭化結合性のある母材先駆材用の炭素粉末が炭
素繊維間に均一に分布しているとともに、炭素粉末が炭
素繊維に接着していて、取扱いに際して分布が変動し、
片寄ることのないことが望ましい。この炭素粉末を炭素
繊維に接着させるには、常温で粘着性あるいは流動性を
示すと同時に炭化収率の比較的高い熱硬化性樹脂を炭素
粉末に被覆させる方法を採ることが望ましい。これに
は、熱硬化性樹脂を溶媒に溶解し、この溶液に母材先駆
材用の炭素粉末を分散させ、これに炭素繊維を浸漬する
方法が便利である。そのためには、熱硬化性樹脂の溶解
性と、炭素粉末及び炭素繊維の分散性との良好な溶媒を
必要とする。
駆材含有炭素繊維（中間材）としては、炭化収率のより
高くかつ炭化結合性のある母材先駆材用の炭素粉末が炭
素繊維間に均一に分布しているとともに、炭素粉末が炭
素繊維に接着していて、取扱いに際して分布が変動し、
片寄ることのないことが望ましい。この炭素粉末を炭素
繊維に接着させるには、常温で粘着性あるいは流動性を
示すと同時に炭化収率の比較的高い熱硬化性樹脂を炭素
粉末に被覆させる方法を採ることが望ましい。これに
は、熱硬化性樹脂を溶媒に溶解し、この溶液に母材先駆
材用の炭素粉末を分散させ、これに炭素繊維を浸漬する
方法が便利である。そのためには、熱硬化性樹脂の溶解
性と、炭素粉末及び炭素繊維の分散性との良好な溶媒を
必要とする。
しかしながら、従来使用されているメタノール、エタ
ノール、アセトン等の溶媒は、熱硬化性樹脂の溶解性
と、炭素粉末等の分散性とを充分に兼ね備えておらず、
上記条件を備えた中間材が得られにくい等の問題点があ
った。
ノール、アセトン等の溶媒は、熱硬化性樹脂の溶解性
と、炭素粉末等の分散性とを充分に兼ね備えておらず、
上記条件を備えた中間材が得られにくい等の問題点があ
った。
本発明者らは、従来の技術の有する問題点について鋭
意検討した結果、フルフラール、フルフリルアルコール
又はその混合物が常温で粘着性もしくは流動性のある熱
硬化性樹脂を完全に溶解し、しかも生コークス等の炭素
粉末及び炭素繊維を良くぬらすとともに完全に分散させ
る溶媒であることを見出し、更に炭素繊維中における炭
素粉末の良好な分布状態が得られることを見出し、本発
明に到達したものである。
意検討した結果、フルフラール、フルフリルアルコール
又はその混合物が常温で粘着性もしくは流動性のある熱
硬化性樹脂を完全に溶解し、しかも生コークス等の炭素
粉末及び炭素繊維を良くぬらすとともに完全に分散させ
る溶媒であることを見出し、更に炭素繊維中における炭
素粉末の良好な分布状態が得られることを見出し、本発
明に到達したものである。
即ち、本発明は、上記熱硬化樹脂を溶解したフルフラ
ール、フルフリルアルコール又はその混合物からなる溶
媒に、生コークス粉末を主体とする炭素粉末を分散さ
せ、この分散液を炭素繊維に含浸させ、得られた含浸炭
素繊維を成形、焼成して、炭化、黒鉛化させることによ
って高品質の炭素−炭素複合材を製造する方法に関する
ものである。
ール、フルフリルアルコール又はその混合物からなる溶
媒に、生コークス粉末を主体とする炭素粉末を分散さ
せ、この分散液を炭素繊維に含浸させ、得られた含浸炭
素繊維を成形、焼成して、炭化、黒鉛化させることによ
って高品質の炭素−炭素複合材を製造する方法に関する
ものである。
以下、本発明について詳述する。
本発明で使用される炭素繊維はPAN系、メソフェーズ
ピッチ系、等方性ピッチ系その他一般に炭素繊維と呼ば
れるもの全てである。熱処理温度は500℃以上のもので
ある。それより低い熱処理温度の繊維は脆弱なものがあ
り、また焼成に際して分解ガスの発生量が多い等、強化
材として適当でない。単繊維径は一般に５〜15μｍであ
るが、これより細いものあるいはこれより太いものも使
用し得る。形状は、例えば1,000〜30,000本、あるいは
それ以下、又はそれ以上の単繊維の束である。これには
糸あるいはトウと呼ばれるものが含まれる。また、ステ
ープル状炭素繊維の集合体も含まれる。炭素繊維には樹
脂強化用にサイズ材が付与されているものが多いが、こ
れは使用前に除くことが望ましい。
ピッチ系、等方性ピッチ系その他一般に炭素繊維と呼ば
れるもの全てである。熱処理温度は500℃以上のもので
ある。それより低い熱処理温度の繊維は脆弱なものがあ
り、また焼成に際して分解ガスの発生量が多い等、強化
材として適当でない。単繊維径は一般に５〜15μｍであ
るが、これより細いものあるいはこれより太いものも使
用し得る。形状は、例えば1,000〜30,000本、あるいは
それ以下、又はそれ以上の単繊維の束である。これには
糸あるいはトウと呼ばれるものが含まれる。また、ステ
ープル状炭素繊維の集合体も含まれる。炭素繊維には樹
脂強化用にサイズ材が付与されているものが多いが、こ
れは使用前に除くことが望ましい。
本発明に使用される炭素粉末は50重量％以上の生コー
クス粉末からなっている。生コークス粉末としては自己
焼結性を示すものが使用される。これな重質油あるいは
ピッチを450〜550℃に熱処理したもので、石油系、石炭
系、化合物系がある。例えば石油系重質油をディレード
コーキング法によって500℃前後の温度に加熱して製造
される。一般に、10％前後の揮発分を含有している。
クス粉末からなっている。生コークス粉末としては自己
焼結性を示すものが使用される。これな重質油あるいは
ピッチを450〜550℃に熱処理したもので、石油系、石炭
系、化合物系がある。例えば石油系重質油をディレード
コーキング法によって500℃前後の温度に加熱して製造
される。一般に、10％前後の揮発分を含有している。
炭素粉末には、生コークス粉末とともに、それ以外の
炭素粉末、例えばコークス、黒鉛、及び生コークスや
焼コークスを熱処理したものを使用してもよい。黒鉛は
灰分を除去した天然黒鉛を使用し得るが、コークスを例
えば2500〜3000℃の温度に加熱して得られる人造黒鉛粉
末が好ましい。
炭素粉末、例えばコークス、黒鉛、及び生コークスや
焼コークスを熱処理したものを使用してもよい。黒鉛は
灰分を除去した天然黒鉛を使用し得るが、コークスを例
えば2500〜3000℃の温度に加熱して得られる人造黒鉛粉
末が好ましい。
炭素粉末のサイズは平均粒径30μｍ以下が好ましく、
0.5〜15μｍがより好ましい。粉末粒子が過度に小さい
か、又は大きいときは複合材の緻密化、従って高品質化
が達成しにくい。
0.5〜15μｍがより好ましい。粉末粒子が過度に小さい
か、又は大きいときは複合材の緻密化、従って高品質化
が達成しにくい。
常温において粘稠性あるいは流動性を示す熱硬化性樹
脂としてはフェノール樹脂、フラン樹脂又はそれらの混
合物が使用される。フェノール樹脂としては、アルカリ
触媒存在下にフェノール類とアルデヒド類の反応によっ
て得られるレゾールタイプフェノール樹脂を用いること
ができる。また、レゾールタイプの流動性フェノール樹
脂に、公知の方法によって酸性触媒下のフェノール類と
アルデヒド類の反応によって生成する固体の、熱融着性
を示すノボラックタイプフェノール樹脂を溶解、混入さ
せることができる。この場合の樹脂は硬化剤、例えばヘ
キサメチレンジアミンを含有した自己硬化性タイプにし
たものが好ましい。フェノール類としては、例えばフェ
ノール、レゾルシン、クレゾール、キシロール等が用い
られ、アルデヒド類としては例えばホルマリン、パラホ
ルムアルデヒド、フルフラール等が用いられ得る。それ
らの混合物を使用することもできる。これらのフェノー
ル樹脂としては市販品を利用することもできる。フラン
樹脂としては、フラン樹脂初期縮合物を用い得る。ま
た、フラン樹脂としては、フルフリルアルコール縮合
物、あるいはフルフリルアルコール−フルフラール共縮
合物を使用し得る。この場合は、フルフリルアルコー
ル、あるいはフルフリルアルコール−フルフラール混合
物に酸性触媒を添加し、加熱して適度の粘度に到達した
後、冷却したものを使用し得る。また、この初期縮合物
から酸を揮発あるいは中和する等の方法によって常温あ
るいは60℃以下における触媒活性を消去させて使用する
こともできる。粘稠性フラン樹脂として市販品を利用す
ることもできる。また、フェノール樹脂初期反応生成物
とフラン樹脂初期反応生成物の混合物であるフェノール
−フラン樹脂も使用することができる。
脂としてはフェノール樹脂、フラン樹脂又はそれらの混
合物が使用される。フェノール樹脂としては、アルカリ
触媒存在下にフェノール類とアルデヒド類の反応によっ
て得られるレゾールタイプフェノール樹脂を用いること
ができる。また、レゾールタイプの流動性フェノール樹
脂に、公知の方法によって酸性触媒下のフェノール類と
アルデヒド類の反応によって生成する固体の、熱融着性
を示すノボラックタイプフェノール樹脂を溶解、混入さ
せることができる。この場合の樹脂は硬化剤、例えばヘ
キサメチレンジアミンを含有した自己硬化性タイプにし
たものが好ましい。フェノール類としては、例えばフェ
ノール、レゾルシン、クレゾール、キシロール等が用い
られ、アルデヒド類としては例えばホルマリン、パラホ
ルムアルデヒド、フルフラール等が用いられ得る。それ
らの混合物を使用することもできる。これらのフェノー
ル樹脂としては市販品を利用することもできる。フラン
樹脂としては、フラン樹脂初期縮合物を用い得る。ま
た、フラン樹脂としては、フルフリルアルコール縮合
物、あるいはフルフリルアルコール−フルフラール共縮
合物を使用し得る。この場合は、フルフリルアルコー
ル、あるいはフルフリルアルコール−フルフラール混合
物に酸性触媒を添加し、加熱して適度の粘度に到達した
後、冷却したものを使用し得る。また、この初期縮合物
から酸を揮発あるいは中和する等の方法によって常温あ
るいは60℃以下における触媒活性を消去させて使用する
こともできる。粘稠性フラン樹脂として市販品を利用す
ることもできる。また、フェノール樹脂初期反応生成物
とフラン樹脂初期反応生成物の混合物であるフェノール
−フラン樹脂も使用することができる。
上記熱硬化性樹脂を被覆した生コークス粉末あるいは
生コークス粉末を主材とする炭素粉末を母材先駆材とし
て含有する炭素繊維を製造するに当っては、まず上記熱
硬化性樹脂をフルフラール、フルフリルアルコール又は
それらの混合物からなる溶媒に常温で溶解させる。混合
物の場合はフェノール樹脂とフラン樹脂を同時に加えて
もよい。この溶液に生コークス粉末を主材とする炭素粉
末を所定量添加し、分散させる。溶剤、樹脂、粉末の添
加、混入の手順は特に問うものではない。この際、撹
拌、振とうあるいは超音波分散法を適用することができ
る。溶媒に対する熱硬化性樹脂の濃度及び炭素粉末の濃
度は、分散液中に炭素繊維を開繊させ、含浸させ得る範
囲で使用される。なお、これらは熱硬化性樹脂の粘度、
炭素粉末の平均粒子径、粒度分布等によって変動する
が、一般的には例えば溶媒100重量部に対して、上記熱
硬化性樹脂５〜60重量部、炭素粉末40〜140重量部であ
る。
生コークス粉末を主材とする炭素粉末を母材先駆材とし
て含有する炭素繊維を製造するに当っては、まず上記熱
硬化性樹脂をフルフラール、フルフリルアルコール又は
それらの混合物からなる溶媒に常温で溶解させる。混合
物の場合はフェノール樹脂とフラン樹脂を同時に加えて
もよい。この溶液に生コークス粉末を主材とする炭素粉
末を所定量添加し、分散させる。溶剤、樹脂、粉末の添
加、混入の手順は特に問うものではない。この際、撹
拌、振とうあるいは超音波分散法を適用することができ
る。溶媒に対する熱硬化性樹脂の濃度及び炭素粉末の濃
度は、分散液中に炭素繊維を開繊させ、含浸させ得る範
囲で使用される。なお、これらは熱硬化性樹脂の粘度、
炭素粉末の平均粒子径、粒度分布等によって変動する
が、一般的には例えば溶媒100重量部に対して、上記熱
硬化性樹脂５〜60重量部、炭素粉末40〜140重量部であ
る。
分散液を炭素繊維に含浸させるには、その分散液に炭
素繊維の束を浸漬し、引上げる方法が便利である。本発
明において用いられる溶媒は炭素繊維を良くぬらすの
で、分散液中での開繊が良好である。また、含浸を更に
良好とするために超音波を負荷することもできるし、更
に分散液を含んだ炭素繊維をローラの外周に沿って開繊
するように移動させることもできる。
素繊維の束を浸漬し、引上げる方法が便利である。本発
明において用いられる溶媒は炭素繊維を良くぬらすの
で、分散液中での開繊が良好である。また、含浸を更に
良好とするために超音波を負荷することもできるし、更
に分散液を含んだ炭素繊維をローラの外周に沿って開繊
するように移動させることもできる。
分散液を含浸させた炭素繊維の束は、幅と間隙（厚
さ）を調節したスリットを通過させるか、あるいはその
他の方法で含浸量を調節することができる。
さ）を調節したスリットを通過させるか、あるいはその
他の方法で含浸量を調節することができる。
溶媒の乾燥は、熱硬化性樹脂の硬化温度以下、好まし
くは、フェノール樹脂の場合、70℃以下、フラン樹脂の
場合60℃以下で加熱あるいは減圧加熱することによって
行なうことができる。乾燥した母材先駆材含有炭素繊維
（中間材）における炭素繊維100重量部に対する母材先
駆材の割合は50〜300重量部が好ましく、この範囲で母
材の割合を低くするほど炭素−炭素複合材の強度は概し
て高くなる。
くは、フェノール樹脂の場合、70℃以下、フラン樹脂の
場合60℃以下で加熱あるいは減圧加熱することによって
行なうことができる。乾燥した母材先駆材含有炭素繊維
（中間材）における炭素繊維100重量部に対する母材先
駆材の割合は50〜300重量部が好ましく、この範囲で母
材の割合を低くするほど炭素−炭素複合材の強度は概し
て高くなる。
また、母材先駆材における、生コークス粉末、生コー
クス粉末以外の炭素粉末、熱硬化性樹脂の割合は、それ
ぞれ、95〜50重量部、０〜40重量部、及び５〜40重量部
が好ましい。
クス粉末以外の炭素粉末、熱硬化性樹脂の割合は、それ
ぞれ、95〜50重量部、０〜40重量部、及び５〜40重量部
が好ましい。
生コークス粉末が50重量部以下では生成する炭素−炭
素複合材の強度が低くなり、また熱硬化性樹脂が５重量
部以下では炭素繊維に炭素粉末を充分に接着させること
ができなくなり、40重量部以上では母材先駆材全体の炭
化収率が低下し望ましくない。
素複合材の強度が低くなり、また熱硬化性樹脂が５重量
部以下では炭素繊維に炭素粉末を充分に接着させること
ができなくなり、40重量部以上では母材先駆材全体の炭
化収率が低下し望ましくない。
得られた母材先駆材含有炭素繊維は、例えば積層さ
れ、熱硬化性樹脂の硬化が始まる温度から300℃前後の
温度で加圧成形され、次いで焼成して炭化処理、要すれ
ば黒鉛処理される。成形温度領域はフェノール樹脂の場
合、例えば80〜200℃であり、フラン樹脂の場合、例え
ば70〜160℃、それらの混合物の場合、例えば70〜200℃
である。ただしこの範囲に限定されるものではない。加
熱時間は一般に10分間〜10時間あるいはそれ以上であ
る。この温度領域で段階的にあるいは連続的に徐々に昇
温することが望ましい。加圧は１〜300kg/cm2が好まし
く、２〜150kg/cm2がより好ましい。
れ、熱硬化性樹脂の硬化が始まる温度から300℃前後の
温度で加圧成形され、次いで焼成して炭化処理、要すれ
ば黒鉛処理される。成形温度領域はフェノール樹脂の場
合、例えば80〜200℃であり、フラン樹脂の場合、例え
ば70〜160℃、それらの混合物の場合、例えば70〜200℃
である。ただしこの範囲に限定されるものではない。加
熱時間は一般に10分間〜10時間あるいはそれ以上であ
る。この温度領域で段階的にあるいは連続的に徐々に昇
温することが望ましい。加圧は１〜300kg/cm2が好まし
く、２〜150kg/cm2がより好ましい。
成形体の焼成は、生コークス粉末の炭化進行あるいは
焼結進行の初期の450〜650℃の間の温度で加圧下になさ
れる。その後、例えば800〜3,000℃において不活性雰囲
気中で加熱される。加圧は450℃以下、あるいは650℃以
上の温度で適用することもできる。負荷圧力は20〜1,50
0kgf/cm2が好ましく、50〜800kgf/cm2がより好ましい。
焼成の際の加圧を等方静圧によることもできる。焼成の
際の昇温速度は、成形体の寸法が大きいほど低くするこ
とが望ましく、特に、熱硬化性樹脂の熱分解及び炭化、
生コークスの炭化の進行が著しい温度領域で低くするこ
とが望ましい。400〜600℃における昇温速度は、例えば
平均して毎分0.5〜10℃である。ただし、これより遅い
かあるいは速くすることも可能である。加圧加熱では、
成形工程に焼成工程を連続させることもできる。
焼結進行の初期の450〜650℃の間の温度で加圧下になさ
れる。その後、例えば800〜3,000℃において不活性雰囲
気中で加熱される。加圧は450℃以下、あるいは650℃以
上の温度で適用することもできる。負荷圧力は20〜1,50
0kgf/cm2が好ましく、50〜800kgf/cm2がより好ましい。
焼成の際の加圧を等方静圧によることもできる。焼成の
際の昇温速度は、成形体の寸法が大きいほど低くするこ
とが望ましく、特に、熱硬化性樹脂の熱分解及び炭化、
生コークスの炭化の進行が著しい温度領域で低くするこ
とが望ましい。400〜600℃における昇温速度は、例えば
平均して毎分0.5〜10℃である。ただし、これより遅い
かあるいは速くすることも可能である。加圧加熱では、
成形工程に焼成工程を連続させることもできる。
本発明では、常温で粘着性もしくは流動性を示す熱硬
化性樹脂の溶解性と、炭素粉末及び炭素繊維の分散性と
の良好な溶媒を使用しているので、熱硬化性樹脂及び炭
素粉末が炭素繊維間のあらゆる個処に均一に分布し、接
着した中間材が得られ、中間材の取扱いに当って炭素繊
維と炭素粉末との分布の片寄りが起らない。また、母材
先駆材の主材たる生コークス粉末は炭化収率が高く、か
つ炭素繊維と他の炭素粉末（使用する場合）の良好な炭
化結合材として、加熱加圧下に機能するので、比較的短
時間で高品質の炭素−炭素複合材が得られる。
化性樹脂の溶解性と、炭素粉末及び炭素繊維の分散性と
の良好な溶媒を使用しているので、熱硬化性樹脂及び炭
素粉末が炭素繊維間のあらゆる個処に均一に分布し、接
着した中間材が得られ、中間材の取扱いに当って炭素繊
維と炭素粉末との分布の片寄りが起らない。また、母材
先駆材の主材たる生コークス粉末は炭化収率が高く、か
つ炭素繊維と他の炭素粉末（使用する場合）の良好な炭
化結合材として、加熱加圧下に機能するので、比較的短
時間で高品質の炭素−炭素複合材が得られる。
以下、本発明について実施例により更に詳細に説明す
るが、これにより本発明の技術的範囲が限定されるもの
ではない。
るが、これにより本発明の技術的範囲が限定されるもの
ではない。
実施例１ レゾールタイプフェノール樹脂液をフルフリルアルコ
ールに溶解させ、この溶液に平均粒径4.9μｍの石油系
生コークス粉末を分散させた。溶媒、樹脂、生コークス
粉末の割合は重量比で100:14:82であった。この分散液
にPAN系高強度タイプ、6000フィラメント糸50本を浸漬
し、分散液中で開繊させた後、引上げ、離型紙上に炭素
繊維が一方向に配列した、一定の厚みのテープ状にのば
した。60℃で溶媒を揮発させた後、90℃で１時間加熱し
た。母材先駆材の含有量が54重量％のテープ状中間材を
得た。これを直径500mmの円板に裁断し、直径50mmの円
形底面の全型に繊維を一方向にして20枚積層した。3kgf
/cm2の加圧下で90℃から毎分１℃で200℃まで、その後1
2kgf/cm2の加圧下で毎分1.5℃で450℃まで加熱した。次
いで、350kgf/cm2の加圧下に600℃まで毎分１℃で昇温
した。その後、成形体を金型から脱着させ、アルゴン雰
囲気中で毎分２℃で800℃まで、次いで毎分４℃で1200
℃まで加熱した。嵩密度1.69g/cm3、曲げ強さ69kgf/mm2
の炭素−炭素複合材を得た。
ールに溶解させ、この溶液に平均粒径4.9μｍの石油系
生コークス粉末を分散させた。溶媒、樹脂、生コークス
粉末の割合は重量比で100:14:82であった。この分散液
にPAN系高強度タイプ、6000フィラメント糸50本を浸漬
し、分散液中で開繊させた後、引上げ、離型紙上に炭素
繊維が一方向に配列した、一定の厚みのテープ状にのば
した。60℃で溶媒を揮発させた後、90℃で１時間加熱し
た。母材先駆材の含有量が54重量％のテープ状中間材を
得た。これを直径500mmの円板に裁断し、直径50mmの円
形底面の全型に繊維を一方向にして20枚積層した。3kgf
/cm2の加圧下で90℃から毎分１℃で200℃まで、その後1
2kgf/cm2の加圧下で毎分1.5℃で450℃まで加熱した。次
いで、350kgf/cm2の加圧下に600℃まで毎分１℃で昇温
した。その後、成形体を金型から脱着させ、アルゴン雰
囲気中で毎分２℃で800℃まで、次いで毎分４℃で1200
℃まで加熱した。嵩密度1.69g/cm3、曲げ強さ69kgf/mm2
の炭素−炭素複合材を得た。
実施例２ レゾールタイプフェノール樹脂液８重量部、フラン樹
脂液10重量部、揮発分８％、平均粒径10μｍの石油系生
コークス粉末62重量部、平均粒径5.7μｍの人造黒鉛29
重量部を、フルフラール181重量部に溶解及び分散させ
た。この分散液に単繊維径10μｍの石油メソフェーズピ
ッチ系高弾性炭素繊維の3,000フィラメント糸を20本浸
漬し、引上げ、テープ状にして、60℃で乾燥させた。90
℃で１時間加熱した後、直径50mmの円板に裁断し、実施
例１と同一の寸法の金型に積層し、90℃から400℃まで2
0kgf/cm2の加圧下で毎分1.5℃の速度で昇温した。次い
で400kgf/cm2の加圧下で毎分２℃で650℃まで昇温させ
た。形成体を金型から脱着させた後、コークス粉中に埋
め、アルゴンガス中で毎分２℃で1000℃まで加熱し、続
いてアルゴン中で毎分５℃で2500℃まで加熱した。嵩密
度1.76g/cm3、曲げ強さ47kgf/cm2、厚さ3.9mmの炭素−
炭素複合材を得た。
脂液10重量部、揮発分８％、平均粒径10μｍの石油系生
コークス粉末62重量部、平均粒径5.7μｍの人造黒鉛29
重量部を、フルフラール181重量部に溶解及び分散させ
た。この分散液に単繊維径10μｍの石油メソフェーズピ
ッチ系高弾性炭素繊維の3,000フィラメント糸を20本浸
漬し、引上げ、テープ状にして、60℃で乾燥させた。90
℃で１時間加熱した後、直径50mmの円板に裁断し、実施
例１と同一の寸法の金型に積層し、90℃から400℃まで2
0kgf/cm2の加圧下で毎分1.5℃の速度で昇温した。次い
で400kgf/cm2の加圧下で毎分２℃で650℃まで昇温させ
た。形成体を金型から脱着させた後、コークス粉中に埋
め、アルゴンガス中で毎分２℃で1000℃まで加熱し、続
いてアルゴン中で毎分５℃で2500℃まで加熱した。嵩密
度1.76g/cm3、曲げ強さ47kgf/cm2、厚さ3.9mmの炭素−
炭素複合材を得た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津島 栄樹 埼玉県入間郡大井町西鶴ヶ岡１―３―１ 東燃株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 平１−153572（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−247564（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−247565（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−247566（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−249268（ＪＰ，Ａ) 特許2783807（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/83
Claims (5)
- 【請求項１】生コークス粉末を50重量％以上含有する炭
素粉末と熱硬化性樹脂からなる母材先駆材を含有させた
炭素繊維を成形し、ついで焼成して炭素繊維強化炭素材
料を製造する方法において、フルフラール、フルアリル
アルコール又はそれらの混合物からなる溶媒に、常温で
流動性又は粘着性を有するフェノール樹脂、フラン樹脂
およびそれらの混合物から選ばれた熱硬化性樹脂を溶解
し、炭素粉末を分散させている分散液を、熱処理温度50
0℃以上の炭素繊維に含浸させ、次いで溶解を揮発させ
て母材先駆材含有炭素繊維を製造する工程と、得られた
母材先駆材含有炭素繊維を加圧下に成形し、焼成する工
程を含むことを特徴とする製造方法。 - 【請求項２】母材先駆材が、生コークス粉末95〜50重量
部と、生コークス以外の炭素粉末０〜40重量部と、熱硬
化性樹脂５〜40重量とからなる請求項（１）に記載の製
造方法。 - 【請求項３】加圧下の成形が熱硬化性樹脂の硬化進行温
度範囲内の温度において２〜150kgf/cm2の圧力でなされ
る工程を含む請求項（１）又は（２）に記載の製造方
法。 - 【請求項４】加圧下の焼成が450〜650℃において、50〜
80kgf/cm2の圧力でなされる請求項（１）乃至（３）の
いずれかに記載の製造方法。 - 【請求項５】加圧下の焼成が等方静圧でなされる請求項
（１）乃至（４）のいずれかに記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02044029A JP3138718B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02044029A JP3138718B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03247563A JPH03247563A (ja) | 1991-11-05 |
| JP3138718B2 true JP3138718B2 (ja) | 2001-02-26 |
Family
ID=12680217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02044029A Expired - Lifetime JP3138718B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3138718B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08157273A (ja) | 1994-12-01 | 1996-06-18 | Tonen Corp | 一方向性炭素繊維強化炭素複合材料及びその製造方法 |
| WO2000027776A1 (en) | 1998-11-11 | 2000-05-18 | Advanced Materials International Company, Ltd. | Carbon-based metal composite material, method for preparation thereof and use thereof |
| EP2027078A1 (de) * | 2006-05-31 | 2009-02-25 | Merck Patent GmbH | Verfahren zur herstellung poröser kohlenstoff-formkörper |
| CN111348929A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-30 | 河南开炭新材料设计研究院有限公司 | 一种碳纤维增强多孔保温炭块及其制备方法 |
-
1990
- 1990-02-23 JP JP02044029A patent/JP3138718B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03247563A (ja) | 1991-11-05 |
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