JPH0442857A - 炭素繊維強化炭素複合材料の製造法 - Google Patents

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） 本発明は炭素繊維強化炭素複合材料の製造法に関する。

（従来の技術） 炭素繊維強化炭素複合材料（以下Ｃ／Ｃ複合材と呼称す
る）は、軽量であ夛、優れた機械的特性や耐熱性を有す
る。このためディスクブレーキ。

ロケットノズル等の宇宙航空材料をけじめ、高温下で使
用される各種の部材として極めて有用である。

とのＣ／Ｃ複合材の製造手段としては、一般に炭素繊維
の糸、トウ、織布、不織布等に熱硬化性樹脂、熱可塑性
樹脂、タール、ピッチ等の結合材を含浸又は塗布し、フ
ィラメントワインディング。

熱圧成形等により成形し、焼成を行い、さらに結合材の
含浸、焼成を繰り返す方法がある。この方法においては
、使用する結合材が、熱可塑性樹脂。

タール、ピッチ等の場合、焼成時に結合材が軟化。

溶融するため、Ｃ／Ｃ複合材の内部よシ流出する。

このため、見かけの炭化率（炭化した結合材の重量を含
浸時の結合材の重量で割ったもの）が低下し、Ｃ／Ｃ複
合材をち密化するためには、含浸・焼成の工程を多数回
繰シ返さなければならない。

結合材の流出を防止する手段としては、オートクレーブ
中で加圧炭化する方法が公知である。しかし、この方法
は装置が大規模かつ複雑であるため量産には不適当であ
る。そこで、この問題を解決するいくつかの手法が提案
されている。例えば。

特開昭６２−２５２３７１号公報に示されるように、炭
素繊維にピッチ類を含浸し成型した後、加圧状態のまま
成形温度よシ高い温度に保持し、その後炭化焼成すると
いう方法がある。また、特開昭６２−２４６８６４号公
報に示されるように。

炭素繊維にピッチ類を含浸し、成型した後、非酸化性雰
囲気で熱処理し９次いで炭化焼成する方法。

さらに％開平１−２１２２７６号公報に示されるように
、炭素繊維成形体にピッチを含浸し、これを不融化する
処理を繰シ返した後、炭化焼成を行う方法等が提案され
ている。

（発明が解決しようとする課題） 特開昭６２−２５２３７１号公報に示される方法は、加
圧状態のまま成型体を３００〜５００℃で保持しなけれ
ばならず、加圧のための装置が必要であり、このため工
程が増え、高価になるという問題点がある。また、再含
浸後にはこの方法は適用できない。

特開昭６２−２４６８６４号公報に示される方法は、成
形体を５０〜４５０℃の温度で１〜１００時間保持せね
ばならず、この不融化の工程が増え。

コストが高くなるという問題点がある。これは特開平１
−２１２２７６号公報に示される方法でも同様である。

本発明は、容易かつ安価に含浸したピッチの流出を防止
し、含浸・焼成の工程の繰シ返し回数を低減してＣ／Ｃ
複合材を製造する方法を提供するものである。

（ｌＩ題を解決するための手段） 本発明は、炭素繊維と焼成によシ炭素マ）　ＩＪラック
スなる結合材とを用いて成形し焼成（７た後。

該焼成品に結合材を含浸し焼成するＣ／Ｃ複合材の製造
法において、成形後の焼成品には焼成時に溶融する結合
材を含浸したのち、熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂に骨
材を混合した本ので被覆し。

次いで該熱硬化性樹脂を硬化させ、さらに焼成するＣ／
Ｃ複合材の製造法に関する。

本発明において、炭素繊維の形態は糸、トウ。

織物、不織布等のいずれでもよい。また、炭素繊維の来
歴もＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系等のいずれでもよ
い。結合材は成形体を得るためのものと成形体を焼成し
た焼成品（Ｃ／Ｃ複合材）Ｋ１回以上含浸し焼成するた
めのものとに分けられる。前者１ｊ焼成時に軟化しない
熱硬化性樹脂で本よ＜、（Ｂ）焼成時に軟化する熱可塑
性樹脂、ピッチ、タール等でもよいが、後者＃′ｉｔＢ
＋に限られる。

成形は、上記し九結合材を炭素繊維の形態に応じて含浸
又は塗布し、形態に応じて熱圧成形、フィラメントワイ
ンディング又は繊維で固定したものに結合材を含浸する
等の公知の方法で行う。得られた成形体又はこれを−度
板上焼成して得られたＣ／Ｃ複合材に＃記（Ｂ）の結合
材を含浸したものに。

熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂に骨材を混合したもの
を被覆する。被僅に用いる熱硬化性樹脂には、フェノー
ル樹脂、フラン樹脂等の一般に炭素材料の原料として用
いられるいずれで屯良いが。

好ましくは炭化率が５０重量−以上のものが良い。

また、骨材はコークス粉、黒鉛粉等の炭素粉、熱硬化性
樹脂粉等のいずれでも良いが、焼成の過程で溶融又は反
応する本のは望ましくない。

被覆の方法は、塗布、ディッピング等のいずれでも良い
。被覆層の厚さは、薄すぎるとピッチの流出が十分防止
できない。また厚すぎると焼成特命 に被覆にクラックが生じ、やはりピッチの流出が＾ 防止できない。好ましい被覆層の厚さは０．５〜１０−
である。被覆層の硬化は室温または７０℃以下の温度が
好ましい、熱硬化性樹脂の硬化温度が含浸した結合材の
軟化点以上の場合は、昇温を徐々に行い、結合材の流出
による被覆層の破損を防ぐ。

得られた被覆後の成形体又は結合材の含浸されたＣ／Ｃ
複合材を非酸化性雰囲気中６００℃以上。

好オしくに９００℃以上の温度で炭化焼成してＣ／Ｃ複
合材を得る。さらに、結合材の含浸を行い。

上述の被覆をして焼成する工程を繰り返す。また。

必要に応じて２０００〜３０００℃で黒鉛化処理を行う
。

（作用） 焼成時に軟化、溶融する結合材を含む成形体又はＣ／Ｃ
複合材を、熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂と骨材の混
合物で被覆することにより、結合材の溶融に伴う流出が
防止され、結合材の炭化率が向上する。

（実施例） 実施例Ｉ ＰＡＮ系高強度炭素繊維の平織クロス（東し製。

トレカＣＯ６４３）にレゾール型フェノール樹脂（日立
化成工業製、ＶＰＩＩＮ）を塗工し、これを３０枚積層
し熱圧成形して成形体を得た。これを窒素ガス雰囲気下
で１０℃／時の昇温速度で１０００＠Ｃまで焼成し、繊
維体積率５０ｖｏｊＳ。

かさ密度１３５　ｇ／ａｍ”のＣ／Ｃ複合材を得た。

得られたＣ／Ｃ複合材に固定炭素５５％及び軟化点９０
℃の石炭系ピッチを真空含浸した。これに、常温硬化性
のフェノール樹脂（昭和高分子製。

ＥＲＬ−１４０，硬化剤ＦＲＨ−３０入り）を塗布し、
１日室温で放置して厚さ２国の被覆層を形成した後、前
述と同様の条件で焼成した。さらに含浸−被覆−焼成の
工程をもう一度繰シ返して。

かさ密度１．７０　ｇ／ｄのＣ／Ｃ複合材を得た。

比較例１ 実施例１と同様の方法で得られた繊維体積率５０　ｖｏ
Ｚ”Ａ　＋かさ密度１．３５６／ａｍ”のＣ／Ｃ複合材
に、同様のピッチを真空含浸し念。これを被覆せずに焼
成し、その後含浸、焼成をもう一度繰シ返してかさ密度
１．４９　ｇ／ａｍ３のＣ／Ｃ複合材を得意。さらに３
回含浸、焼成を繰シ返してやつとかさ密Ｋ　１．６８　
ｇ／ｅｍ’のＣ／Ｃ複合材を得た。

実施例２ 厚さ５■のピッチ系炭素繊維フェルト（クレハ製、クレ
ハフエルトＦ−２０５）に、実施例１で使用したものと
同じレゾール型フェノール樹脂を含浸し、これを１０枚
重ねて熱圧成形して成形体を得意。これを実施例１と同
様の条件で１０００℃まで焼成し、繊維体積率３５　ｖ
ａｔ　’１にでかさ密度１、１５　ｇ／ａｎ’のＣ／Ｃ
複合材を得た。得られたＣ／Ｃ複合材に実施例１で使用
し念ものと同じピッチを真空含浸した。これに、硬化剤
を１．　Ｏｗｔ　９６添加したフラン樹脂（日立化成工
業製、ＶＦ３０２）に、コークス粉（平均粒径２０μｍ
）を２５重量部混合したものを塗布し、１日放置して厚
さ４．５−の被覆層を形成した。その後、前述と同様の
条件で１０００℃まで焼成し、さらに含浸−被覆焼成を
２回繰り返して、かさ密度１．５０　ｇ／ｃｍ３のＣ／
Ｃ複合材を得た。

比較例２ 実施例２と同様にして得られた繊維体積率３５ｖｏ１％
、かさ密度１．１５　ｇ／ａｍ”のＣ／Ｃ複合材に。

実施例２と同様にしてピッチを真空含浸した。これを被
覆せずに前述の条件で焼成し、その後含浸。

焼成を２回繰り返して、かさ密度１．３５　ｇ／ａｍ’
のＣ／Ｃ複合材を得た。さらに３回含浸、焼成金繰り返
してやつとかさ密度１．４８　ｇ／ａｍ’のＣ／Ｃ複合
材を得た。

（発明の効果） 本発明のＣ／Ｃ複合材の製造法によれば、熱硬化性樹脂
の被覆によシ焼成時の結合材の流出が防止されるため、
被覆しない場合と同等のかさ密度を得るのに、含浸、焼
成の繰り返しの回数が少なくなる。このため、Ｃ／Ｃ複
合材の製造コスト。

製造期間の大幅な低減が可能となる。

ｌ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．炭素繊維と焼成により炭素マトリツクスとなる結合
   材とを用いて成形し焼成した後，該焼成品に結合材を含
   浸し焼成する炭素繊維強化炭素複合材料の製造法におい
   て，成形後の焼成品には焼成時に溶融する結合材を含浸
   したのち，熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂に骨材を混合
   したもので被覆し，次いで該熱硬化性樹脂を硬化させ，
   さらに焼成することを特徴とする炭素繊維強化炭素複合
   材料の製造法。