JPH01198343A - 筒状炭素・炭素複合材料の製造方法 - Google Patents

筒状炭素・炭素複合材料の製造方法

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JPH01198343A
JPH01198343A JP63023576A JP2357688A JPH01198343A JP H01198343 A JPH01198343 A JP H01198343A JP 63023576 A JP63023576 A JP 63023576A JP 2357688 A JP2357688 A JP 2357688A JP H01198343 A JPH01198343 A JP H01198343A
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JP
Japan
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mandrel
carbon
base layer
composite
composite material
Prior art date
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Pending
Application number
JP63023576A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeru Kaito
海東 滋
Atsushi Kitamura
厚 北村
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、筒状の、一般にカーホン・カーボンコンポ
ジッlへあるいはC/Cコンポジットと呼ばれる炭素・
炭素複合材料を製造する方法に関する。
(従来の技術) 筒状の炭素・炭素複合it、fl料を製造する方法とし
ては、たとえば特開昭57−34085号公報に記載さ
れているように、マンドレルの周りに炭素繊維と炭素化
可能物質との複合層を直接形成した後、マンドレルを抜
き取って複合層のみ焼成する方法や、焼成した後にマン
ドレルを抜き取り、あるいは切削して除去する方法等が
知られている。
しかしながら、前者の方法は、焼成時に複合層が収縮す
ることによる内部応力の発生に伴う変形が大きいという
問題かある。また、後者の方法は、マンドレルのまま焼
成するので変形は抑制し得るものの、マンドレルと複合
層との熱膨張差によって、特にマンドレルと接する部分
で炭素繊維が切れたり、抜き取りによる場合、その操作
が困難であったり、切削により除去する場合はマンドレ
ルの再使用ができないといった問題がある。マンドレル
を再使用できないということは、製造コストが高くなる
ということでもある。
(発明が解決しようとする課題) この発明の目的は、従来の方法の上述した問題を解決し
、炭素繊維が切れるのを防止することができるばかりか
、マンドレルの抜き取りが容易で、もらろん再使用でき
る炭素・炭素複合材料の製造方法を提供するにおる。
(課題を解決づ−るための手段) 上述した目的を達成するために、この発明においては、
マンドレルの周りに、不活性雰囲気中にて600〜30
00℃で焼成したときの残炭率が50%でおる物質から
なる下地層を形成する工程と、その下地層の上に、炭素
繊維と炭素化可能物質との複合層を形成する工程と、上
記下地層および上記複合層を、上記マンドレルごと不活
性雰囲気中にて600〜3000 ℃で焼成する工程と
、焼成体からマンドレルを抜き取る工程と、を含む筒状
炭素・炭素複合材料の製造方法が提供される。
この発明の詳細な説明するに、この発明においては、マ
ンドレルの周りに炭素・炭素複合材料を形成する。マン
ドレルは、金属、黒鉛、セラミックス等からなり、横断
面形状は、通常、円形であるが、楕円状や多角形状等で
必ってもよい。
さて、この発明においては、まず、上)ボしたマンドレ
ルの周りに、不活性雰囲気中にて600〜3000°C
で焼成したときの残炭率が50%以下、好ましくは30
%以下である物質からなる下地層を形成する。この下地
層は、後述する焼成時に炭化されて残炭率が50%以下
の範囲で残存するか、その全部が熱分解して飛散する。
しかして、下地層は、マンドレルと複合層との熱膨張差
によって、特にマンドレルと接する部分で炭素繊維が切
れるのを抑制する作用をもつ。また、焼成後にあけるマ
ンドレルの抜き取りを容易にするとともに、マンドレル
の再使用を可能にするように作用する。
ここで、残炭率は、焼成後の下地層の重量を焼成前の下
地層の重量で除した値の百分率として定義されるもので
ある。
下地層を形成する、残炭率が50%以下、好ましくは3
0%以下で必る物質は、具体的には、パルプや、塩化ビ
ニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の
合成樹脂であり、そのような物質をマンドレルに塗イ「
シたり、紙やフィルム等の形態のものをマンドレルに巻
き付けることによって下地層を形成する。
下地層の厚みは、必まり薄いと上述した作用を得られな
い場合があり、一方、極端に厚いと、焼成後におけるマ
ンドレルと炭素・炭素複合材料との空隙が大きくなりず
ぎて炭素・炭素複合材料の変形が起こるようになるので
、0.2〜5tu+程度であるのが好ましい。より好ま
しい下地層の厚みは、0.3〜1mmである。一般に、
得ようとする炭素・炭素複合材料の長さが長くなるほど
厚くする。
この発明においては、次に、上述した下地層の上に、炭
素繊維と炭素化可能物質との複合層を形成する。この複
合層は、焼成によって炭素・炭素複合材料になる層であ
る。
炭素繊維は、連続繊維の形態であっても、織物やマット
、′フェル1〜等の布帛形態であってもよい。
炭素化可能物質は、フェノール樹脂やフラン樹脂等の熱
硬化性樹脂であるのが好ましいか、石油重質油や、ピッ
チ、アントラセン等を使用することもできる。
複合層の形成は、一般に、炭素繊維に上述した炭素化可
能物質を含浸した、いわゆるプリプレグを、マンドレル
に巻き付けることによって形成する。このとき、複合材
料において通常採られているように、要求特性に応じて
炭素繊維の方向を決める。なお、炭素化可能物質は、巻
回後、通常tま硬化ないし固化しておく。
この発明においては、次に、上記下地層と複合層とを、
マンドレルごと、不活性雰囲気中にて600〜3000
 ℃で焼成する。これにより、下地層が炭化され、ある
いは熱分解して飛散する。同時に、炭素化可能物質が炭
素化され、複合層が炭素・炭素複合材料となる。複合層
が炭素・炭素複合材料となった後、マンドレルを恢き取
ると、筒状の炭素・炭素複合材料が得られる。
(実施例) 実施例1 外径4Qmm、長さ300mmの棒状黒鉛からなるマン
ドレルの周りに、0.085mm厚の紙(残炭率:28
%)を厚みが0.35mmになるように巻き付け、下地
層を形成した。
次に、上記下地層の上に、東し株式会社製炭素繊維″1
ヘレカ″の平織物C0634,3(厚み:0゜27mm
、目イ」:200Ω/m2)にメタノールで希釈したフ
ェノール樹脂を含浸してなるプリプレグを、経糸がマン
ドレルの長さ方向になるように、かつ厚みが20mmに
なるように巻き付け、ざらに200°Cで120分間加
熱してフェノール樹脂を硬化させ、複合層を形成した。
次に、下地層と複合層とをマンドレルごと雰囲気炉に入
れ、窒素雰囲気中にて100℃/時の速度で1000℃
まで昇温し、その温度に60分間保持して焼成した。
次に、焼成体から、マンドレルを手で押して恢き取り、
筒状の炭素・炭素複合材料を得た。抜き取りは極めて容
易でめった。また、炭素繊維の切断や、変形は認められ
なかった。
実施例2 外径15mm、長さ1500mmの鉄製マンドレルの周
りに、実施例1で使用した紙を厚みが0.3mmになる
まで巻き付け、下地層を形成した。
次に、上記下地層の上に、東し株式会社製炭素繊維゛ト
レカ”T300(単繊維径ニアμm、単繊維数: 30
00本)にメタノールで希釈したフェノール樹脂を含浸
しながら、炭素繊維の方向が±30’になるように、か
つ厚みが23mmになるようにヘリカル巻し、ざらに2
00 ℃で120分間加熱してフェノール樹脂を硬化さ
せ、複合層を形成した。
次に、下地層と複合層とをマンドレルごと雰囲気炉に入
れ、窒素ガス中にて100℃/時の速度で700℃まで
昇温し、その温度に30分間保持して焼成した。
次に、焼成体から、マンドレルを手で押して汰き取り、
筒状の炭素・炭素複合材料を得た。抜き取りは極めて容
易であった。また、炭素繊維の切断や、変形は認められ
なかった。
(比較例) 比較例1 外径4Qmm、長さ300mmの鉄製マンドレルに、直
接、実施例1で使用したプリプレグを、経糸かマンドレ
ルの長さ方向になるように、かつ厚みが1Qmmになる
ように巻き付け、ざらに200°Cで120分間7JD
然してフェノール樹脂を硬化させ、複合層を形成した。
次に、複合層からマンドレルを抜き取り、複合層のみを
実施例1と同様に焼成し、筒状炭素・炭素複合材料を得
た。得られた炭素・炭素複合材料は、真円度かくすれて
あり、変形していた。
比較例2 外径4Qmm、長さ30Qmmの黒鉛製マンドレルに、
直接、実施例1て使用したプリプレグを、経糸かマンド
レルの長さ方向になるように、かつ厚みか20mmにな
るように巻き付(プ、さらに200°Cで120分間加
熱してフェノール樹脂を硬化させ、複合層を形成した。
以下、実施例1と同様にして筒状炭素・炭素複合材料を
得た。得られた炭素・炭素複合材料には、マンドレルと
接していた部分で炭素繊維の切断か認められた。
(発明の効果〉 この発明の方法は、あらかじめ、マンドレルの周りに、
不活性雰囲気中にて600〜3000 ℃て焼成したと
きの残炭率が50%以下、好ましくは30%以下でおる
物質からなる下地層を形成しておくので、実施例にも示
したように、マンドレルの抜き取りが極めて容易になる
ばかりか、マンドレルと複合層との熱膨脹差によって、
特にマンドレルと接する部分で炭素繊維が切れるのを防
止することかできるようになる。また、マンドレルを再
使用できるので製造]ストが安くなる。さらに、マンド
レルごと焼成するので、焼成時に複合層が収縮すること
による内部応力の発生に伴う変形も防止できるようにな
る。
この発明の方法は、上述した特長から、炭素・炭素複合
材料からなる、筒状の、航空・宇宙用部品や、各種のロ
ール、ダイス、じ−夕や、熱交換器用伝熱管、各種配管
用耐熱・耐蝕管、気液接触装置用充填材等を製造するよ
うな場合に大変好適である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. マンドレルの周りに、不活性雰囲気中にて600〜30
    00℃で焼成したときの残炭率が50%以下である物質
    からなる下地層を形成する工程と、その下地層の上に、
    炭素繊維と炭素化可能物質との複合層を形成する工程と
    、前記下地層および前記複合層を、前記マンドレルごと
    不活性雰囲気中にて600〜3000℃で焼成する工程
    と、焼成体からマンドレルを抜き取る工程と、を含む筒
    状炭素・炭素複合材料の製造方法。
JP63023576A 1988-02-02 1988-02-02 筒状炭素・炭素複合材料の製造方法 Pending JPH01198343A (ja)

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