JPH03197361A - 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法Info
- Publication number
- JPH03197361A JPH03197361A JP1337081A JP33708189A JPH03197361A JP H03197361 A JPH03197361 A JP H03197361A JP 1337081 A JP1337081 A JP 1337081A JP 33708189 A JP33708189 A JP 33708189A JP H03197361 A JPH03197361 A JP H03197361A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fiber
- surface treatment
- composite material
- carbon
- treatment
- 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.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 47
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims abstract description 12
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 abstract description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 abstract description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 abstract description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 16
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 3
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007849 furan resin Substances 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 description 1
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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。
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］
本発明は炭素繊維に炭化性物質を含浸させた後、該炭化
性物質を炭化することによって炭素繊維強化炭素複合材
料（以下Ｃ／Ｃ複合材料と略す）を製造する方法に関す
るものである。 Ｃ／Ｃ複合材料は比強度が高く、耐熱
性に優れており、特に１５００℃以上における強度特性
は他に例をみない、そこで、これらの特性を利用して航
空・宇宙分野における耐熱材料として使用されてい［従
来の技術］ Ｃ／Ｃ複合材料は通常第１図に示す工程を経て製造され
る。即ち、炭素繊維の集合体に炭化性物質、例えば熱硬
化性高分子材料或はピッチ等を含浸させてプリプレグを
作製する。ついで該プリプレグを積層して多層体を作り
加圧成形により一体化した後、焼成して炭化性物質を炭
化或は黒鉛化してＣ／Ｃ複合材料を製造する。更妃、必
要に応じて含浸と炭化或は黒鉛化を繰り返し密度の向上
が図られる。
性物質を炭化することによって炭素繊維強化炭素複合材
料（以下Ｃ／Ｃ複合材料と略す）を製造する方法に関す
るものである。 Ｃ／Ｃ複合材料は比強度が高く、耐熱
性に優れており、特に１５００℃以上における強度特性
は他に例をみない、そこで、これらの特性を利用して航
空・宇宙分野における耐熱材料として使用されてい［従
来の技術］ Ｃ／Ｃ複合材料は通常第１図に示す工程を経て製造され
る。即ち、炭素繊維の集合体に炭化性物質、例えば熱硬
化性高分子材料或はピッチ等を含浸させてプリプレグを
作製する。ついで該プリプレグを積層して多層体を作り
加圧成形により一体化した後、焼成して炭化性物質を炭
化或は黒鉛化してＣ／Ｃ複合材料を製造する。更妃、必
要に応じて含浸と炭化或は黒鉛化を繰り返し密度の向上
が図られる。
ところで、上記炭素繊維集合体を構成する炭素繊維とし
ては、−数的にカルボキシル基やカルボニル基、水酸基
等の官能基を生成させる表面処理を施した炭素繊維を使
用し、炭素繊維とマトリックスの接着強度が高められて
いる。しかし炭化工程における熱分解収縮により、マト
リックスに不均一で局部的なりラックを生じ易く、また
、マトリックスが炭化処理されただけの無定形炭素の状
態においては非常に脆性的な破壊様式を示すといフた問
題がある。
ては、−数的にカルボキシル基やカルボニル基、水酸基
等の官能基を生成させる表面処理を施した炭素繊維を使
用し、炭素繊維とマトリックスの接着強度が高められて
いる。しかし炭化工程における熱分解収縮により、マト
リックスに不均一で局部的なりラックを生じ易く、また
、マトリックスが炭化処理されただけの無定形炭素の状
態においては非常に脆性的な破壊様式を示すといフた問
題がある。
一方、表面処理を施さないか、或は表面処理によりて生
成した官能基を取り除いた炭素繊維を使用した方が有利
であるとの報告もあるが、炭素繊維とマトリックス界面
の接着強度が低いため、剪断力による眉間剥離強度が弱
く、圧縮強度にも難点が有る。
成した官能基を取り除いた炭素繊維を使用した方が有利
であるとの報告もあるが、炭素繊維とマトリックス界面
の接着強度が低いため、剪断力による眉間剥離強度が弱
く、圧縮強度にも難点が有る。
［発明が解決しようとする課１！ｌ］
本発明は適度な界面接着強度を有することによって、層
間剥離強度や圧縮強度が高く、しかも適度な靭性を有す
るＣ／Ｃ複合材料の製造方法を提供しようとするもので
ある。
間剥離強度や圧縮強度が高く、しかも適度な靭性を有す
るＣ／Ｃ複合材料の製造方法を提供しようとするもので
ある。
［課題を解決するための手段］
本発明のＣ／Ｃ複合材料の製造方法は、強化用炭素繊維
として表面に官能基を生成する表面処理を施した炭素繊
維と、表面処理を施さないか又は表面処理によって生成
した官能基を取り除いた炭素繊維とを用いることに要旨
がある。
として表面に官能基を生成する表面処理を施した炭素繊
維と、表面処理を施さないか又は表面処理によって生成
した官能基を取り除いた炭素繊維とを用いることに要旨
がある。
［作用］
本発明に係る炭素繊維は特に制限されるも°のではない
が、例えばポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）繊維を原料
として高温熱処理を施すことによって得られるＰＡＮ系
炭素炭素繊維ソフェーズピッチ等を原料として高温熱処
理を施すことによって得られるピッチ系炭素繊維が用い
られる。炭素繊維に施される表面処理には酸化エツチン
グ法や被覆法等があり、これらによって炭素繊維表面に
カルボキシル基や水酸基等の官能基を生成する。一方生
成した官能基を取り除く方法としては、特に限定される
ことはないが、例えば不活性ガス雰囲気下で１０００℃
以上に加熱処理する方法等がある０表面処理を施した炭
素繊維と表面処理を施さない炭素繊維（表面処理後官能
基を取り除いた炭素繊維を含む）の配合比率は、作製さ
れるＣ／Ｃ複合材料に要求される特性に従って１０〜９
０％の間で選択される。
が、例えばポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）繊維を原料
として高温熱処理を施すことによって得られるＰＡＮ系
炭素炭素繊維ソフェーズピッチ等を原料として高温熱処
理を施すことによって得られるピッチ系炭素繊維が用い
られる。炭素繊維に施される表面処理には酸化エツチン
グ法や被覆法等があり、これらによって炭素繊維表面に
カルボキシル基や水酸基等の官能基を生成する。一方生
成した官能基を取り除く方法としては、特に限定される
ことはないが、例えば不活性ガス雰囲気下で１０００℃
以上に加熱処理する方法等がある０表面処理を施した炭
素繊維と表面処理を施さない炭素繊維（表面処理後官能
基を取り除いた炭素繊維を含む）の配合比率は、作製さ
れるＣ／Ｃ複合材料に要求される特性に従って１０〜９
０％の間で選択される。
前記２種類の炭素繊維を用いて炭素繊維集合体を作製す
る方法は種々あるが、例えば０２種類の炭素繊維を混合
し不織布を作る（第２図参照）、０２種類の炭素繊維を
混紡し糸状にしたものを用いて織物を作る、■２ｆ！類
の炭素繊維を夫々単独で紡糸して織物を作る（第３図参
照）、■各々の炭素繊維から成る織布を交互に積層する
（第４図参照）等がある。このように２種類の炭素繊維
を組み合せることにより、それぞれの繊維の持つ優れた
特性を合せ持つ炭素繊維集合体が形成される。
る方法は種々あるが、例えば０２種類の炭素繊維を混合
し不織布を作る（第２図参照）、０２種類の炭素繊維を
混紡し糸状にしたものを用いて織物を作る、■２ｆ！類
の炭素繊維を夫々単独で紡糸して織物を作る（第３図参
照）、■各々の炭素繊維から成る織布を交互に積層する
（第４図参照）等がある。このように２種類の炭素繊維
を組み合せることにより、それぞれの繊維の持つ優れた
特性を合せ持つ炭素繊維集合体が形成される。
炭化性物質としてはフラン樹脂、フェノール樹脂、ポリ
イミド樹脂等の熱硬化性材料或はピッチ等が用いられ、
必要により熱可塑性材料が併用される。これらは前記炭
素繊維集合体に含浸されプリプレグとなる。
イミド樹脂等の熱硬化性材料或はピッチ等が用いられ、
必要により熱可塑性材料が併用される。これらは前記炭
素繊維集合体に含浸されプリプレグとなる。
プリプレグは常法により処理されてＣ／Ｃ複合材料とな
る。以下にその一例を示す。
る。以下にその一例を示す。
プリプレグを所定の寸法・形状に切断した後積層し加熱
加圧により積層体を形成する。積層体の表面に離型フィ
ルム等の成形用補助材料を貼布し、耐熱フィルム又は耐
熱ゴムバック等で覆い真空引き可能な状態にする。その
後、減圧下オートクレーグ、オーブンまたはホットプレ
ス等の装置により加熱し静水圧加圧又は単軸加圧により
硬化成形体を製作する。硬化成形体を真空又は不活性ガ
ス雰囲気下で約１４００℃まで徐々に加熱して炭化処理
を行ないＣ／Ｃ複合材料とする。黒鉛化する必要が有る
場合には更に２０００〜３０００℃に加熱して黒鉛化処
理を行ない、無定形炭素構造から黒鉛構造に変化させる
。また、熱分解による密度低下が問題になる場合は更に
前記と同じか又は異なった樹脂又はピッチ等を含浸後戻
化・黒鉛化処理を繰り返し、高密度なＣ／Ｃ複合材料を
得ることがで幹る。更に前記の樹脂又はピッチ等を含浸
させる工程において真空含浸を行なうと到達密度及び密
度上昇率は高くなる。
加圧により積層体を形成する。積層体の表面に離型フィ
ルム等の成形用補助材料を貼布し、耐熱フィルム又は耐
熱ゴムバック等で覆い真空引き可能な状態にする。その
後、減圧下オートクレーグ、オーブンまたはホットプレ
ス等の装置により加熱し静水圧加圧又は単軸加圧により
硬化成形体を製作する。硬化成形体を真空又は不活性ガ
ス雰囲気下で約１４００℃まで徐々に加熱して炭化処理
を行ないＣ／Ｃ複合材料とする。黒鉛化する必要が有る
場合には更に２０００〜３０００℃に加熱して黒鉛化処
理を行ない、無定形炭素構造から黒鉛構造に変化させる
。また、熱分解による密度低下が問題になる場合は更に
前記と同じか又は異なった樹脂又はピッチ等を含浸後戻
化・黒鉛化処理を繰り返し、高密度なＣ／Ｃ複合材料を
得ることがで幹る。更に前記の樹脂又はピッチ等を含浸
させる工程において真空含浸を行なうと到達密度及び密
度上昇率は高くなる。
以下実施例によって本発明を更に詳述するが、下記実施
例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を
逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術
範囲に包含される。
例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を
逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術
範囲に包含される。
［実施例］
実施例及び比較例
実施例１
表面処理を施したＰＡＮ系炭素炭素繊維面処理を施さな
いＰＡＮ系炭素炭素繊維々単独で構成される糸を１対１
の比率で用いて第３図に示されるような織布を作り、熱
硬化性樹脂を含浸させてプリプレグとした。その後常法
によりＣ／Ｃ複合材料を作製した。
いＰＡＮ系炭素炭素繊維々単独で構成される糸を１対１
の比率で用いて第３図に示されるような織布を作り、熱
硬化性樹脂を含浸させてプリプレグとした。その後常法
によりＣ／Ｃ複合材料を作製した。
比較例１
表面処理を施さないＰＡＮ系炭素炭素繊維を用いた以外
は実施例１と同様に処理してＣ／Ｃ複合材料を作製した
。
は実施例１と同様に処理してＣ／Ｃ複合材料を作製した
。
比較例２
表面処理を施したＰＡＮ系炭素炭素繊維を用いた以外は
実施例１と同様に処理してＣ／Ｃ複合材料を作製した。
実施例１と同様に処理してＣ／Ｃ複合材料を作製した。
実施例１及び比較例１．２のＣ／Ｃ複合材料を用いて引
張試験を行なった際のひずみと応力の関係を第５図（＾
） 、 （Ｂ） 、 （Ｃ）に示す。
張試験を行なった際のひずみと応力の関係を第５図（＾
） 、 （Ｂ） 、 （Ｃ）に示す。
第５図（＾）は表面処理の施されていない炭素繊維を用
いているので一般的な応力−ひすみ曲線を示すが、第５
図（６）は表面処理の施された炭素繊維を用いており、
マトリックスにクラックが入っていたので降伏点をすぎ
ると急激に破断してしまった。一方策５図（Ｃ）の本発
明の実施例には微細なりラックが入っており、いったん
降伏点を過ぎた後も応力−ひずみの対応曲線を示し、数
回の降伏点を過ぎてから破断するという傾向が認められ
た。
いているので一般的な応力−ひすみ曲線を示すが、第５
図（６）は表面処理の施された炭素繊維を用いており、
マトリックスにクラックが入っていたので降伏点をすぎ
ると急激に破断してしまった。一方策５図（Ｃ）の本発
明の実施例には微細なりラックが入っており、いったん
降伏点を過ぎた後も応力−ひずみの対応曲線を示し、数
回の降伏点を過ぎてから破断するという傾向が認められ
た。
［発明の効果］
本発明により適度な界面接着強度を有し、眉間剥離強度
や圧縮強度が高く、適度な靭性を有するＣ／Ｃ複合材料
の製造が可能となった。また、それらの特性は２１！類
の繊維の配合割合により適宜調整可能である。
や圧縮強度が高く、適度な靭性を有するＣ／Ｃ複合材料
の製造が可能となった。また、それらの特性は２１！類
の繊維の配合割合により適宜調整可能である。
第１図はＣ／Ｃ７３１合材料の製造工程を示すブロック
図、第２図、第３図及び第４図は本発明に係る炭素繊維
集合体の一例を示す組織図、第５図（＾） 、 （Ｂ）
、 （Ｃ）は実施例及び比較例のＣ／Ｃ複合材料の応
力とひずみの関係を示すグラフである。 ！・・・表面処理無しの単繊維 ２・・・表面処理有りの単繊維 ３・・・表面処理無しの繊維 ４・・・表面処理有りの繊維 ５・・・表面処理無しの織布 ６・・・表面処理有りの織布 Ｗ＆１図
図、第２図、第３図及び第４図は本発明に係る炭素繊維
集合体の一例を示す組織図、第５図（＾） 、 （Ｂ）
、 （Ｃ）は実施例及び比較例のＣ／Ｃ複合材料の応
力とひずみの関係を示すグラフである。 ！・・・表面処理無しの単繊維 ２・・・表面処理有りの単繊維 ３・・・表面処理無しの繊維 ４・・・表面処理有りの繊維 ５・・・表面処理無しの織布 ６・・・表面処理有りの織布 Ｗ＆１図
Claims (1)
- 炭素繊維強化炭素複合材料における強化用炭素繊維と
して、表面に官能基を生成する表面処理を施した炭素繊
維と、表面処理を施さないか又は表面処理によって生成
した官能基を取り除いた炭素繊維とを用いることを特徴
とする炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1337081A JPH03197361A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1337081A JPH03197361A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03197361A true JPH03197361A (ja) | 1991-08-28 |
Family
ID=18305258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1337081A Pending JPH03197361A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03197361A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112176499A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 北京航空航天大学 | 一种三维织物增强体及其制备方法和聚合物基复合材料 |
-
1989
- 1989-12-25 JP JP1337081A patent/JPH03197361A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112176499A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 北京航空航天大学 | 一种三维织物增强体及其制备方法和聚合物基复合材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0297695B1 (en) | Process for fabricating carbon/carbon fibre composite | |
| JPH01252577A (ja) | 炭素／炭素複合材料の製造法 | |
| US4101354A (en) | Coating for fibrous carbon material in boron containing composites | |
| JPH03150266A (ja) | 炭素／炭素複合材料の製造方法 | |
| JPH03197361A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 | |
| JP2783807B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料及びその製造方法 | |
| JP3109928B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 | |
| US4164601A (en) | Coating for fibrous carbon material in boron containing composites | |
| JP3288408B2 (ja) | 汎用炭素繊維強化炭素材料の製造法 | |
| JP2002255664A (ja) | Ｃ／ｃ複合材及びその製造方法 | |
| JPH0255393B2 (ja) | ||
| JPH0532457A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料及びその製造方法 | |
| JP4420371B2 (ja) | Ｃ／ｃ材製ネジ部材の製造方法 | |
| JPH03197363A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 | |
| JPH03109266A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料 | |
| JP3142167B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材用成形材料 | |
| JPH01145375A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 | |
| JP3004777B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体の製造方法 | |
| JPH03261661A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 | |
| JPH0455991B2 (ja) | ||
| JPS62212262A (ja) | 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 | |
| JP3220983B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 | |
| JPH029776A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料及びその製造方法 | |
| JPH03197362A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 | |
| JPH04342465A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料用前駆成形体の製造方法 |