JP3154437B2 - Phenolic resin composition for carbon-carbon composite - Google Patents
Phenolic resin composition for carbon-carbon compositeInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、低粘度で且つ残炭率が
高く、炭素−炭素コンポジット成形用に適したフェノー
ル樹脂組成物と本発明で得られたフェノール樹脂を使用
した炭素−炭素コンポジット成形物に関するものであ
る。本発明の樹脂を使用することで、従来、多段含浸工
程を必要としたものが1段含浸で同等のものが得られる
ようになり、大きな省力化をはかることができる。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a phenolic resin composition having a low viscosity and a high residual carbon content, which is suitable for molding carbon-carbon composites, and a carbon-carbon composite using the phenolic resin obtained in the present invention. It relates to a molded product. By using the resin of the present invention, what has conventionally required a multi-stage impregnation step can obtain an equivalent one by one-stage impregnation, and can greatly reduce labor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、フェノール樹脂は、炭素材の
原料として使用されており、炭素−炭素コンポジット製
造にも用いられている。しかしながら、十分な強度を有
する炭素−炭素コンポジットの製造には、含浸、乾燥、
焼成という工程を数回繰り返すという多段含浸が必要で
あり、非常に多くのコスト及び労力がかかり、高価なも
のになっているのが現状である。2. Description of the Related Art Conventionally, phenolic resins have been used as a raw material for carbon materials, and have also been used for producing carbon-carbon composites. However, the production of carbon-carbon composites of sufficient strength involves impregnation, drying,
It is necessary to perform multi-stage impregnation by repeating the firing step several times, which requires a great deal of cost and labor and is expensive.
【0003】[0003]
【本発明が解決しようとする課題】本発明は、炭素−炭
素コンポジット製造に適する高い残炭率のフェノール樹
脂組成物とそれらを使用して得られる炭素−炭素コンポ
ジット成形物に関するものである。本発明は、今まで含
浸、乾燥、焼成という工程を数回必要としたため、非常
に高価であった炭素−炭素コンポジットの製造を簡素化
し、安価に成形物を製造できる高残炭率の樹脂を提供す
るにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a phenolic resin composition having a high residual carbon ratio suitable for producing a carbon-carbon composite and a carbon-carbon composite molded product obtained by using the same. The present invention requires several steps of impregnation, drying, and sintering, thus simplifying the production of an extremely expensive carbon-carbon composite and producing a resin with a high residual carbon ratio that can produce a molded product at low cost. To offer.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、炭素−炭素コ
ンポジット製造に適する高い残炭率のフェノール樹脂組
成物とそれらを使用して得られる炭素−炭素コンポジッ
ト成形物に関するものである。本発明のフェノール樹脂
組成物は、フェノール類に対するアルデヒド類のモル比
が1.0―2.0であり、数平均分子量が150―30
0であるレゾール型フェノール樹脂を反応後、フルフリ
ルアルコール及び又はフルフラールを少なくとも3重量
%以上添加して得られるものである。フェノール類とし
ては、フェノール、クレゾール、レゾルシノールやビス
フェノールAなどを使用することができるが、フェノー
ル樹脂を合成する場合に一般的に使用されているフェノ
ール化合物であれば特に限定することなく使用でき、数
種を混合して使用してもよい。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a phenolic resin composition having a high residual carbon ratio suitable for producing a carbon-carbon composite and a carbon-carbon composite molded product obtained by using the same. The phenolic resin composition of the present invention has a molar ratio of aldehydes to phenols.
Is 1.0-2.0, and the number average molecular weight is 150-30.
After reacting the resole type phenol resin which is
Alcohol and / or furfural at least 3% by weight
% Or more. As the phenols, phenol, cresol, resorcinol, bisphenol A, and the like can be used. However, any phenol compound that is generally used when synthesizing a phenol resin can be used without particular limitation. Seeds may be mixed and used.
【0005】アルデヒド類は、ホルムアルデヒド、アセ
トアルデヒド、ベンズアルデヒドなどを使用できるが、
特に限定されることはなく、アルデヒド基を含有する化
合物であれば使用することができ、数種を混合して使用
してもよい。アルデヒド類のフェノール類に対する比率
(モル比)は、1.0−2.0が適当であるが、1.2−
1.5 程度が最も優れている。反応時間は特に限定され
ず、使用用途及び要求される樹脂の特性により適宜変更
して行うことが可能であるが、数平均分子量を150−
300程度になるようにすることで、作業性及び含浸性
が大きく向上する。フェノ−ル樹脂を合成する際に使用
する触媒は、特に限定されないが、塩基類を使用するこ
とができ、要求される樹脂の特性により適宜選択して反
応することができる。As the aldehydes, formaldehyde, acetaldehyde, benzaldehyde and the like can be used.
There is no particular limitation, and any compound containing an aldehyde group can be used, and a mixture of several compounds may be used. Aldehyde to phenol ratio
(Molar ratio) 1.0-2.0 is appropriate, but 1.2-2.0.
About 1.5 is the best. The reaction time is not particularly limited and can be appropriately changed depending on the intended use and the required properties of the resin.
By setting it to about 300, workability and impregnation are greatly improved. The catalyst used in synthesizing the phenolic resin is not particularly limited, but bases can be used, and the reaction can be appropriately selected according to the required properties of the resin.
【0006】フルフリルアルコール及び又はフルフラー
ルは、レゾール型フェノール樹脂中3重量%以上含有す
ることが必要であり、単独でも混合して使用してもよ
い。3重量%よりも少ない添加量の場合粘度を充分に下
げることができず、粘度低下のために不揮発分を下げる
必要を生じる。そのため残炭率が低下し、1段含浸では
炭素−炭素コンポジットの内部に空洞部分が多くなり、
強度低下を引き起こすため多段含浸が必要になる。以上
説明したことより、高残炭率で作業性のよい樹脂は、高
不揮発分で低粘度(高含浸性)である必要があり、溶媒
であると同時に炭素源となるフルフリルアルコール及び
フルフラールが高不揮発分・低粘度を達成するのに非常
に有効である。[0006] Furfuryl alcohol and / or furfural must be contained in a resol-type phenol resin in an amount of 3% by weight or more, and may be used alone or in combination. If the amount is less than 3% by weight, the viscosity cannot be sufficiently reduced, and it is necessary to reduce the non-volatile content to lower the viscosity. As a result, the residual carbon ratio is reduced, and the hollow portion increases in the carbon-carbon composite in the one-stage impregnation,
Multi-stage impregnation is required to reduce the strength. As described above, a resin having a high residual carbon ratio and good workability needs to have a high non-volatile content and a low viscosity (high impregnation), and furfuryl alcohol and furfural which are both a solvent and a carbon source at the same time It is very effective in achieving high non-volatile content and low viscosity.
【0007】[0007]
【実施例】以下に、本発明を実施例により説明する。以
下における「部」及び「%」は、すべて「重量部」及び
「重量%」を示すものである。また、本発明は実施例に
限定されるものではない。EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples. In the following, "parts" and "%" all indicate "parts by weight" and "% by weight". Further, the present invention is not limited to the embodiments.
【0008】《実施例1》フェノール1000g、37
%ホルマリン1000gを撹拌装置付き反応フラスコに
とり、10%水酸化ナトリウム水溶液35gと10%水
酸化カリウム水溶液35gを添加し、85℃で3時間反
応の後真空下で脱水し、フルフラール100gを添加混
合して目的とするレゾール型フェノール樹脂溶液を得
た。得られた樹脂の粘度は1.2Pa・s で、不揮発分は7
5%であった。樹脂の残炭率を表1に示した。Example 1 1000 g of phenol, 37
In a reaction flask equipped with a stirrer, 35 g of a 10% aqueous solution of sodium hydroxide and 35 g of a 10% aqueous solution of potassium hydroxide are added. After reacting at 85 ° C. for 3 hours, the mixture is dehydrated under vacuum, and 100 g of furfural is added and mixed. Thus, a desired resol-type phenol resin solution was obtained. The obtained resin has a viscosity of 1.2 Pa · s and a non-volatile content of 7 Pa · s.
5%. Table 1 shows the residual carbon ratio of the resin.
【0009】《実施例2》フェノール1000g、37
%ホルマリン1000gを撹拌装置付き反応フラスコに
とり、10%水酸化ナトリウム水溶液35gと10%水
酸化カリウム水溶液35gを添加し、85℃で3時間反
応の後真空下で脱水し、フルフリルアルコール100g
を添加混合して目的とするレゾール型フェノール樹脂溶
液を得た。得られた樹脂の粘度は1.0Pa・s で、不揮発
分は74%であった。樹脂の残炭率を表1に示した。Example 2 1000 g of phenol, 37
1000 g of formalin in a reaction flask equipped with a stirrer, 35 g of a 10% aqueous solution of sodium hydroxide and 35 g of a 10% aqueous solution of potassium hydroxide are added, and the mixture is reacted at 85 ° C. for 3 hours and dehydrated under vacuum.
Was added and mixed to obtain a desired resol-type phenol resin solution. The viscosity of the obtained resin was 1.0 Pa · s, and the nonvolatile content was 74%. Table 1 shows the residual carbon ratio of the resin.
【0010】《実施例3》フェノール1000g、37
%ホルマリン1200gを撹拌装置付き反応フラスコに
とり、10%水酸化ナトリウム水溶液35gと10%水
酸化カリウム水溶液35gを添加し、85℃で3時間反
応の後真空下で脱水し、フルフラール200gを添加混
合して目的とするレゾール型フェノール樹脂溶液を得
た。得られた樹脂の粘度は0.8Pa・s で、不揮発分は7
5%であった。樹脂の残炭率を表1に示した。<< Example 3 >> 1000 g of phenol, 37
In a reaction flask equipped with a stirrer, 35 g of a 10% aqueous solution of sodium hydroxide and 35 g of a 10% aqueous solution of potassium hydroxide are added. After reacting at 85 ° C. for 3 hours, the mixture is dehydrated under vacuum, and 200 g of furfural is added and mixed. Thus, a desired resol-type phenol resin solution was obtained. The obtained resin has a viscosity of 0.8 Pa · s and a non-volatile content of 7 Pa · s.
5%. Table 1 shows the residual carbon ratio of the resin.
【0011】《比較例1》フェノール1000g、37
%ホルマリン1000gを撹拌装置付き反応フラスコに
とり、10%水酸化ナトリウム水溶液35gと10%水
酸化カリウム水溶液35gを添加し、85℃で3時間反
応の後真空下で脱水し、エタノール100g添加混合
し、目的とするレゾール型フェノール樹脂溶液を得た。
得られた樹脂の粘度は0.7Pa・s で、不揮発分は74%
であった。樹脂の残炭率を表1に示した。Comparative Example 1 Phenol 1000 g, 37
In a reaction flask equipped with a stirrer, 35 g of a 10% aqueous solution of sodium hydroxide and 35 g of a 10% aqueous solution of potassium hydroxide are added. After reacting at 85 ° C. for 3 hours, the mixture is dehydrated under vacuum, and 100 g of ethanol is added and mixed. The desired resol-type phenol resin solution was obtained.
The viscosity of the obtained resin is 0.7 Pa · s, and the non-volatile content is 74%.
Met. Table 1 shows the residual carbon ratio of the resin.
【0012】(評 価)実施例1−3及び比較例1の樹
脂溶液を70℃に加熱し、カーボンクロスに含浸した。
その後、130℃で3分間乾燥してBステージ化させて
カーボンプリプレグを得た。得られたプリプレグを8枚
積層し、130℃、60kg/cm2 で1時間プレス成形し
た。成形した積層板を非酸化性雰囲気下で徐々に昇温
し、2000℃で20時間焼成して炭素−炭素コンポジット
を得た。焼成前後の重量変化及び曲げ強度を表2に示し
た。(Evaluation) The resin solutions of Example 1-3 and Comparative Example 1 were heated to 70 ° C. and impregnated into carbon cloth.
Then, it dried at 130 degreeC for 3 minutes and made it into B stage, and obtained the carbon prepreg. Eight prepregs thus obtained were laminated and press-formed at 130 ° C. and 60 kg / cm 2 for 1 hour. The molded laminate was gradually heated in a non-oxidizing atmosphere and fired at 2000 ° C. for 20 hours to obtain a carbon-carbon composite. Table 2 shows changes in weight and bending strength before and after firing.
【0013】[0013]
【表1】 [Table 1]
【0014】[0014]
【表2】 [Table 2]
【0015】[0015]
【発明の効果】以上の表からもわかるように、フルフラ
ールやフルフリルアルコールを使用して、低粘度で且つ
残炭率の高い樹脂組成物を得ることができる。従来、含
浸、乾燥、焼成という工程を数回繰り返すという多段含
浸が必要であり、非常に多くのコストを必要とした炭素
−炭素コンポジットの製造を、本発明の残炭率の高い樹
脂組成物を使用することにより、これら工程を簡素化し
て一段の含浸で行うことを可能にし、高強度の炭素−炭
素コンポジット成形物を安価に製造することができる。As can be seen from the above table, a resin composition having a low viscosity and a high residual carbon ratio can be obtained by using furfural or furfuryl alcohol. Conventionally, impregnation, drying, multi-stage impregnation of repeating the steps of firing is required several times, the production of carbon-carbon composites that required a very large cost, the high carbon residue resin composition of the present invention By using these, it is possible to simplify these steps and perform them by one-stage impregnation, and to produce a high-strength carbon-carbon composite molded product at low cost.
Claims (1)
ル比が1.0―2.0であり、数平均分子量が150―
300であるレゾール型フェノール樹脂を反応後、フル
フリルアルコール及び又はフルフラールを少なくとも3
重量%以上添加してなることを特徴とする炭素−炭素コ
ンポジット用レゾール型フェノール樹脂組成物。1. The method according to claim 1, wherein the molar ratio of the aldehyde to the phenol is 1.0 to 2.0, and the number average molecular weight is 150 to
After reacting the resole type phenolic resin of 300, furfuryl alcohol and / or furfural are added at least 3 times.
A resol-type phenolic resin composition for carbon-carbon composites, characterized by being added in an amount of at least% by weight.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20411192A JP3154437B2 (en) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | Phenolic resin composition for carbon-carbon composite |
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---|---|---|---|
JP20411192A JP3154437B2 (en) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | Phenolic resin composition for carbon-carbon composite |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0649326A JPH0649326A (en) | 1994-02-22 |
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---|---|---|---|---|
US5776385A (en) * | 1994-04-15 | 1998-07-07 | Corning Incorporated | Method of making activated carbon composites from supported crosslinkable resins |
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1992
- 1992-07-30 JP JP20411192A patent/JP3154437B2/en not_active Expired - Fee Related
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