JPH06116031A - 擬似一方向強化ｃ／ｃ複合材及びその製造法 - Google Patents
擬似一方向強化ｃ／ｃ複合材及びその製造法Info
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- JPH06116031A JPH06116031A JP4268539A JP26853992A JPH06116031A JP H06116031 A JPH06116031 A JP H06116031A JP 4268539 A JP4268539 A JP 4268539A JP 26853992 A JP26853992 A JP 26853992A JP H06116031 A JPH06116031 A JP H06116031A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 繊維と直角の方向の強度、熱伝導率等の特性
に優れる擬似一方向強化のＣ／Ｃ複合材及びその製造法
を提供する。 【構成】 炭素繊維が一方向に並べられた織物と炭素繊
維の不織布とを積層した構造からなる擬似一方向強化Ｃ
／Ｃ複合材及び炭素繊維が一方向に並べられた織物と炭
素繊維の不織布とを積層し、得られる成形体に炭素マト
リックスを含浸する擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材の製造
法。
に優れる擬似一方向強化のＣ／Ｃ複合材及びその製造法
を提供する。 【構成】 炭素繊維が一方向に並べられた織物と炭素繊
維の不織布とを積層した構造からなる擬似一方向強化Ｃ
／Ｃ複合材及び炭素繊維が一方向に並べられた織物と炭
素繊維の不織布とを積層し、得られる成形体に炭素マト
リックスを含浸する擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材の製造
法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核融合炉壁材、高温炉
その他の高温分野に使用される擬似一方向強化のＣ／Ｃ
複合材及びその製造法に関する。
その他の高温分野に使用される擬似一方向強化のＣ／Ｃ
複合材及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃ複合
材）には、一方向強化材、繊維をＸＹ方向の二次元的に
配置した２Ｄ材、繊維をＸＹＺ方向の三次元的に配置し
た３Ｄ材がある。このうち、一方向強化材の製造法は、
主に以下の二方法が知られている。市販の一方向プリ
プレグシートを、繊維の方向を揃えて積層し、樹脂を硬
化、炭化し、更に炭素マトリックスを含浸する方法（文
献例：日本機械学会誌、第１０巻、第２号、Ｐ．５６、
“Ｃ／Ｃコンポジット開発の現状”）。フィラメント
ワインディング法で炭素繊維束を一方向に揃えて板等に
巻きつけ、これに炭素マトリックスを含浸する方法（文
献例：炭素Ｎo.１１５、“炭素繊維強化炭素複合材
料”）。
材）には、一方向強化材、繊維をＸＹ方向の二次元的に
配置した２Ｄ材、繊維をＸＹＺ方向の三次元的に配置し
た３Ｄ材がある。このうち、一方向強化材の製造法は、
主に以下の二方法が知られている。市販の一方向プリ
プレグシートを、繊維の方向を揃えて積層し、樹脂を硬
化、炭化し、更に炭素マトリックスを含浸する方法（文
献例：日本機械学会誌、第１０巻、第２号、Ｐ．５６、
“Ｃ／Ｃコンポジット開発の現状”）。フィラメント
ワインディング法で炭素繊維束を一方向に揃えて板等に
巻きつけ、これに炭素マトリックスを含浸する方法（文
献例：炭素Ｎo.１１５、“炭素繊維強化炭素複合材
料”）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来法で得られる一方
向強化Ｃ／Ｃ複合材は、２Ｄ材や３Ｄ材に比べて繊維が
一方向に配向しているため、繊維の方向の強度や熱伝導
率は著しく改善されるものの、他の方向即ち繊維と直角
方向の強度（層間剪断強度）、熱伝導率等の特性は著し
く低下するという問題があった。本発明は、繊維と直角
の方向の強度、熱伝導率等の特性に優れる擬似一方向強
化のＣ／Ｃ複合材及びその製造法を提供するものであ
る。
向強化Ｃ／Ｃ複合材は、２Ｄ材や３Ｄ材に比べて繊維が
一方向に配向しているため、繊維の方向の強度や熱伝導
率は著しく改善されるものの、他の方向即ち繊維と直角
方向の強度（層間剪断強度）、熱伝導率等の特性は著し
く低下するという問題があった。本発明は、繊維と直角
の方向の強度、熱伝導率等の特性に優れる擬似一方向強
化のＣ／Ｃ複合材及びその製造法を提供するものであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の一
方向強化材について検討した結果、繊維と直角の方向の
強度、熱伝導率等の特性が劣るのは、炭素繊維の体積率
が高いこと（６０％以上）が原因となっていることを明
らかにした。即ち、炭素繊維自体は径方向の熱伝導率が
低いため、繊維体積率が高いと繊維と直角方向の熱伝導
率は炭素繊維の径方向の熱伝導率に近くなり、低くな
る。また、炭素繊維の体積率が高いと炭素繊維間の炭素
マトリックスが充分でなくなり、層間強度が低くなる。
以上の考察から、本発明者は、炭素繊維を一方向に並べ
た織物と嵩の大きいフェルト、マット、ペーパー等の炭
素繊維の不織布とを交互に積層することで炭素繊維の体
積率を小さくし、また繊維のフィラメントを並行でな
く、互いに絡ませることで従来材の問題点を解決出来る
ことを見い出した。
方向強化材について検討した結果、繊維と直角の方向の
強度、熱伝導率等の特性が劣るのは、炭素繊維の体積率
が高いこと（６０％以上）が原因となっていることを明
らかにした。即ち、炭素繊維自体は径方向の熱伝導率が
低いため、繊維体積率が高いと繊維と直角方向の熱伝導
率は炭素繊維の径方向の熱伝導率に近くなり、低くな
る。また、炭素繊維の体積率が高いと炭素繊維間の炭素
マトリックスが充分でなくなり、層間強度が低くなる。
以上の考察から、本発明者は、炭素繊維を一方向に並べ
た織物と嵩の大きいフェルト、マット、ペーパー等の炭
素繊維の不織布とを交互に積層することで炭素繊維の体
積率を小さくし、また繊維のフィラメントを並行でな
く、互いに絡ませることで従来材の問題点を解決出来る
ことを見い出した。
【０００５】本発明は、炭素繊維が一方向に並べられた
織物と炭素繊維の不織布とを積層した構造からなる擬似
一方向強化Ｃ／Ｃ複合材及び炭素繊維が一方向に並べら
れた織物と炭素繊維の不織布とを積層し、得られる成形
体に炭素マトリックスを含浸する擬似一方向強化Ｃ／Ｃ
複合材の製造法に関する。
織物と炭素繊維の不織布とを積層した構造からなる擬似
一方向強化Ｃ／Ｃ複合材及び炭素繊維が一方向に並べら
れた織物と炭素繊維の不織布とを積層し、得られる成形
体に炭素マトリックスを含浸する擬似一方向強化Ｃ／Ｃ
複合材の製造法に関する。
【０００６】本発明の擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材は炭
素繊維の体積率を６０％以下とすることが好ましい。炭
素繊維の体積率が大きいと層間剪断強度及び繊維と直角
の方向の熱伝導率を大きく出来ない。高強度炭素繊維や
高弾性炭素繊維はフィラメントが真っ直で嵩が小さく、
炭素繊維の体積率を６０％以下にすることが困難であ
る。炭素繊維の体積率を小さくするには、炭素繊維を一
方向に並べた織物を積層する場合に、嵩の大きい炭素繊
維のフェルト、マット、ペーパー等の不織布を間に挾む
ことで達成できる。炭素繊維の種類は特に制限はない
が、繊維方向の強度や熱伝導率を大きくするためには、
高性能（高強度又は高弾性）の炭素繊維が好ましい。炭
素マトリックスも制限はないが、ピッチや炭化率の大き
な合成樹脂が好ましく、熱分解黒鉛等も使用できる。
素繊維の体積率を６０％以下とすることが好ましい。炭
素繊維の体積率が大きいと層間剪断強度及び繊維と直角
の方向の熱伝導率を大きく出来ない。高強度炭素繊維や
高弾性炭素繊維はフィラメントが真っ直で嵩が小さく、
炭素繊維の体積率を６０％以下にすることが困難であ
る。炭素繊維の体積率を小さくするには、炭素繊維を一
方向に並べた織物を積層する場合に、嵩の大きい炭素繊
維のフェルト、マット、ペーパー等の不織布を間に挾む
ことで達成できる。炭素繊維の種類は特に制限はない
が、繊維方向の強度や熱伝導率を大きくするためには、
高性能（高強度又は高弾性）の炭素繊維が好ましい。炭
素マトリックスも制限はないが、ピッチや炭化率の大き
な合成樹脂が好ましく、熱分解黒鉛等も使用できる。
【０００７】
【作用】上記したように、嵩の大きい炭素繊維のフェル
ト、マット、ペーパーのような不織布を使用して、炭素
繊維の体積率を小さくすることが、一方向強化Ｃ／Ｃ複
合材における繊維と直角方向の強度（層間剪断強度）及
び熱伝導率を大きくする作用をしている。本発明では強
度及び熱伝導率を特性の代表例として取り上げたが、導
電率、熱膨張係数その他の特性にも当然作用している。
特性全体を総括すると、本発明は一方向強化Ｃ／Ｃ複合
材の異方性を小さくする方向に作用するものである。
ト、マット、ペーパーのような不織布を使用して、炭素
繊維の体積率を小さくすることが、一方向強化Ｃ／Ｃ複
合材における繊維と直角方向の強度（層間剪断強度）及
び熱伝導率を大きくする作用をしている。本発明では強
度及び熱伝導率を特性の代表例として取り上げたが、導
電率、熱膨張係数その他の特性にも当然作用している。
特性全体を総括すると、本発明は一方向強化Ｃ／Ｃ複合
材の異方性を小さくする方向に作用するものである。
【０００８】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 実施例１ ピッチ系高弾性炭素繊維束(弾性率が５００ＧＰa、密度
２.１５ｇ／cm3、繊維径１０μｍ、フィラメント数２０
００本)を一方向に並べ、２０mm間隔に３０デニールの
ナイロン糸を横糸とした一方向シート(目付２３０ｇ／
ｍ2）と、ピッチ系汎用炭素繊維(弾性率３２ＧＰa、密
度１.６５ｇ／cm3）の長繊維のマット（有機バインダ使
用、厚さ０．７mm、目付５０ｇ／ｍ2)とを２００mm角に
切断し、それぞれ１１０枚を交互に、一方向シートの繊
維が一方向になるように積層し、厚さ５０mmになるよう
に治具で押えて、炭素繊維体積率３０％の炭素繊維成形
体を作成した。次に、この成形体に真空加圧含浸法によ
り溶融したピッチを含浸し、不活性ガスの雰囲気で約５
日間かけて９００℃迄の温度でピッチを炭化した。この
ピッチ含浸、炭化工程を６回繰り返し、更に２８００℃
で黒鉛化後、嵩密度が１.８４ｇ／cm3、炭素繊維体積率
４０％の一方向強化Ｃ／Ｃ複合材を得た。特性を表１に
示す。
２.１５ｇ／cm3、繊維径１０μｍ、フィラメント数２０
００本)を一方向に並べ、２０mm間隔に３０デニールの
ナイロン糸を横糸とした一方向シート(目付２３０ｇ／
ｍ2）と、ピッチ系汎用炭素繊維(弾性率３２ＧＰa、密
度１.６５ｇ／cm3）の長繊維のマット（有機バインダ使
用、厚さ０．７mm、目付５０ｇ／ｍ2)とを２００mm角に
切断し、それぞれ１１０枚を交互に、一方向シートの繊
維が一方向になるように積層し、厚さ５０mmになるよう
に治具で押えて、炭素繊維体積率３０％の炭素繊維成形
体を作成した。次に、この成形体に真空加圧含浸法によ
り溶融したピッチを含浸し、不活性ガスの雰囲気で約５
日間かけて９００℃迄の温度でピッチを炭化した。この
ピッチ含浸、炭化工程を６回繰り返し、更に２８００℃
で黒鉛化後、嵩密度が１.８４ｇ／cm3、炭素繊維体積率
４０％の一方向強化Ｃ／Ｃ複合材を得た。特性を表１に
示す。
【０００９】実施例２ 実施例１における炭素繊維成形体の厚さを３７．５mm、
炭素繊維体積率４０％とした以外は実施例１と全く同様
にして、嵩密度が１.８４ｇ／cm3、炭素繊維体積率５０
％の一方向強化Ｃ／Ｃ複合材を得た。特性を表１に示
す。 実施例３ 実施例１における炭素繊維成形体の厚さを３０mm、炭素
繊維体積率５０％とした以外は実施例１と全く同様にし
て、嵩密度が１.８４ｇ／cm3、炭素繊維体積率６０％の
一方向強化Ｃ／Ｃ複合材を得た。特性を表１に示す。
炭素繊維体積率４０％とした以外は実施例１と全く同様
にして、嵩密度が１.８４ｇ／cm3、炭素繊維体積率５０
％の一方向強化Ｃ／Ｃ複合材を得た。特性を表１に示
す。 実施例３ 実施例１における炭素繊維成形体の厚さを３０mm、炭素
繊維体積率５０％とした以外は実施例１と全く同様にし
て、嵩密度が１.８４ｇ／cm3、炭素繊維体積率６０％の
一方向強化Ｃ／Ｃ複合材を得た。特性を表１に示す。
【００１０】比較例 実施例１と同じピッチ系高弾性炭素繊維の一方向シート
だけを２００mm角に切断し、繊維が一方向になるように
２００枚を重ね、力を加えずに治具で挾んで、厚さ３３
mm、炭素繊維体積率６０％の炭素繊維成形体を得た。な
お、この方法ではこれ以上厚さを大きく出来ず、即ち炭
素繊維体積率を小さくすることは出来なかった。次にこ
の成形体から実施例１と同様にして嵩密度が１．９１ｇ
／cm3、炭素繊維体積率７０％の一方向強化Ｃ／Ｃ複合
材を得た。特性を表１に示す。
だけを２００mm角に切断し、繊維が一方向になるように
２００枚を重ね、力を加えずに治具で挾んで、厚さ３３
mm、炭素繊維体積率６０％の炭素繊維成形体を得た。な
お、この方法ではこれ以上厚さを大きく出来ず、即ち炭
素繊維体積率を小さくすることは出来なかった。次にこ
の成形体から実施例１と同様にして嵩密度が１．９１ｇ
／cm3、炭素繊維体積率７０％の一方向強化Ｃ／Ｃ複合
材を得た。特性を表１に示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１から明らかなように、嵩の小さい炭素
繊維束だけの織物を用いた比較例のＣ／Ｃ複合材は層間
剪断強度及び繊維と直角方向の熱伝導率が低いが、前記
炭素繊維の織物の間に嵩の大きい炭素繊維の不織布を挾
んだ成形体を用いた実施例のＣ／Ｃ複合材は、層間剪断
強度及び繊維と直角方向の熱伝導率が大きくなっている
ことが示される。
繊維束だけの織物を用いた比較例のＣ／Ｃ複合材は層間
剪断強度及び繊維と直角方向の熱伝導率が低いが、前記
炭素繊維の織物の間に嵩の大きい炭素繊維の不織布を挾
んだ成形体を用いた実施例のＣ／Ｃ複合材は、層間剪断
強度及び繊維と直角方向の熱伝導率が大きくなっている
ことが示される。
【００１３】実施例４ 実施例１のマットの代りに、厚さ０.３５mm、目付５０
ｇ／ｍ2の炭素繊維短繊維のペーパー（有機バインダ使
用）を使用して実験を行ったが、マットの場合と殆ど同
じ特性が得られた。
ｇ／ｍ2の炭素繊維短繊維のペーパー（有機バインダ使
用）を使用して実験を行ったが、マットの場合と殆ど同
じ特性が得られた。
【００１４】
【発明の効果】従来の一方向強化Ｃ／Ｃ複合材では、炭
素繊維体積率を６０％以下にすることが困難であった
が、本発明によれば、高性能の炭素繊維束の一方向シー
トと嵩の大きい炭素繊維の不織布とを交互に積層するこ
とによって、自由に炭素繊維体積率を小さく出来、一方
向強化Ｃ／Ｃ複合材の層間剪断強度及び繊維と直角方向
の熱伝導率を大きく出来る。即ち、擬似の一方向強化に
より特性の異方性を小さくすることが出来る。
素繊維体積率を６０％以下にすることが困難であった
が、本発明によれば、高性能の炭素繊維束の一方向シー
トと嵩の大きい炭素繊維の不織布とを交互に積層するこ
とによって、自由に炭素繊維体積率を小さく出来、一方
向強化Ｃ／Ｃ複合材の層間剪断強度及び繊維と直角方向
の熱伝導率を大きく出来る。即ち、擬似の一方向強化に
より特性の異方性を小さくすることが出来る。
Claims (2)
- 【請求項１】 炭素繊維が一方向に並べられた織物と炭
素繊維の不織布とを積層した構造からなる擬似一方向強
化Ｃ／Ｃ複合材。 - 【請求項２】 炭素繊維が一方向に並べられた織物と炭
素繊維の不織布とを積層し、得られる成形体に炭素マト
リックスを含浸することを特徴とする擬似一方向強化Ｃ
／Ｃ複合材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4268539A JPH06116031A (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | 擬似一方向強化ｃ／ｃ複合材及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4268539A JPH06116031A (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | 擬似一方向強化ｃ／ｃ複合材及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06116031A true JPH06116031A (ja) | 1994-04-26 |
Family
ID=17459935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4268539A Pending JPH06116031A (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | 擬似一方向強化ｃ／ｃ複合材及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06116031A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011118757A1 (ja) * | 2010-03-26 | 2011-09-29 | 東洋炭素株式会社 | Ｃ／ｃコンポジット材及びその製造方法 |
| WO2013015101A1 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | 三菱樹脂株式会社 | 炭素繊維強化炭素複合体およびその製造方法 |
| JP2016097654A (ja) * | 2014-11-26 | 2016-05-30 | 積水化学工業株式会社 | 繊維基材、樹脂シート、繊維基材の製造方法及び樹脂シートの製造方法 |
| JP2021195269A (ja) * | 2020-06-10 | 2021-12-27 | 株式会社Ｃｆｃデザイン | 異方性不織布を使用した炭素／炭素複合材料 |
| EP4008703A1 (en) * | 2020-12-03 | 2022-06-08 | Raytheon Technologies Corporation | Ceramic component |
-
1992
- 1992-10-07 JP JP4268539A patent/JPH06116031A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011118757A1 (ja) * | 2010-03-26 | 2011-09-29 | 東洋炭素株式会社 | Ｃ／ｃコンポジット材及びその製造方法 |
| JP2011201750A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Toyo Tanso Kk | Ｃ／ｃコンポジット材及びその製造方法 |
| CN102822119A (zh) * | 2010-03-26 | 2012-12-12 | 东洋炭素株式会社 | 碳/碳复合材料及其制造方法 |
| WO2013015101A1 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | 三菱樹脂株式会社 | 炭素繊維強化炭素複合体およびその製造方法 |
| JP5327412B2 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-10-30 | 三菱樹脂株式会社 | 炭素繊維強化炭素複合体およびその製造方法 |
| CN103649015A (zh) * | 2011-07-28 | 2014-03-19 | 三菱树脂株式会社 | 碳纤维强化碳复合体及其制造方法 |
| KR20140058516A (ko) * | 2011-07-28 | 2014-05-14 | 미쓰비시 쥬시 가부시끼가이샤 | 탄소 섬유 강화 탄소 복합체 및 그의 제조 방법 |
| US20140170370A1 (en) * | 2011-07-28 | 2014-06-19 | Mitsubishi Plastics, Inc. | Carbon fiber-reinforced carbon composite and method of manufacturing the same |
| US10549503B2 (en) | 2011-07-28 | 2020-02-04 | Mitsubishi Chemical Corporation | Carbon fiber-reinforced carbon composite and method of manufacturing the same |
| JP2016097654A (ja) * | 2014-11-26 | 2016-05-30 | 積水化学工業株式会社 | 繊維基材、樹脂シート、繊維基材の製造方法及び樹脂シートの製造方法 |
| JP2021195269A (ja) * | 2020-06-10 | 2021-12-27 | 株式会社Ｃｆｃデザイン | 異方性不織布を使用した炭素／炭素複合材料 |
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