JPH06116032A - 炭素繊維強化炭素複合材とその製造方法及びそれを用いた摺動材 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材とその製造方法及びそれを用いた摺動材Info
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- JPH06116032A JPH06116032A JP4270504A JP27050492A JPH06116032A JP H06116032 A JPH06116032 A JP H06116032A JP 4270504 A JP4270504 A JP 4270504A JP 27050492 A JP27050492 A JP 27050492A JP H06116032 A JPH06116032 A JP H06116032A
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Abstract
化炭素材製摺動材を提供する。 【構成】 短繊維強化型炭素繊維強化炭素複合材であっ
て、引張強度８．５ｋｇ／ｍｍ2 以上、嵩密度１．８ｇ
／ｃｍ3 以上、且つ熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且
つ気孔率１０％以下の特性を有する炭素繊維強化炭素複
合材。
Description
性に優れ、特に高速度・高エネルギー車の摺動材に適し
た炭素繊維強化炭素複合材に関するものである。
「Ｃ／Ｃ複合材」という。）はＰＡＮ系、ピッチ系、或
いはレーヨン系などの長短炭素繊維にフェノール樹脂、
フラン樹脂などの熱硬化性樹脂或いはピッチ類などの熱
可塑性樹脂等を含浸、又は混合して加熱成形したものを
非酸化性雰囲気において焼成し、さらに緻密化、黒鉛化
処理することにより製造されている。
性に優れ、かつ軽量であることから航空機や車両用のブ
レーキとして用いられている。Ｃ／Ｃ複合材に用いる炭
素繊維の強化法としては、２次元織物、所謂織布を用い
たり、本発明の如く短繊維を用いる方法があるが、均一
な摩擦面が容易に得られること、安価であること等か
ら、一般に短繊維強化型のＣ／Ｃ複合材が摩擦材として
用いられてきた。しかしながら、近年の航空機や車両の
大型化、高速化に伴って、より高熱容量、高熱伝導率、
高強度がＣ／Ｃ複合材に要求されるようになってきた。
特に航空機や高速車両用のＣ／Ｃ複合材は大径（外径〜
５００ｍｍφ）かつ高回転（〜８０００ｒｐｍ）さらに
高熱容量、高熱伝導率が要求されている。
ｍφ、嵩密度１．８ｋｇ／ｃｍ3 で回転数８０００ｒｐ
ｍの条件下に使用する時に必要とされる引張強度は円周
方向の応力（σt ）MAX として次式で求めることができ
る。
／ｓ ν ：ポアソン比（０．２） ∴ （σt ）MAX ＝６５４ｋｇ／ｃｍ2 ＝６．５ｋｇ／
ｍｍ2 （σt ）MAX ＝８０６ｋｇ／ｃｍ2 ＝８．１ｋｇ／ｍｍ
2 （ｒ1 ＝ｒ2 時のＭＡＸ値）
上好ましくは９ｋｇ／ｍｍ2 以上更に好ましくは１０ｋ
ｇ／ｍｍ2 以上の引張強度が必要となる。しかし、従来
の短繊維強化型Ｃ／Ｃ複合材では強度不足のため、織布
を用いたり摩擦特性を維持するために、中央部は織布を
用い表面のみ短繊維強化型としたＣ／Ｃ複合材等が大型
車両用のブレーキ材として提案されている。しかしなが
ら、織布を用いたＣ／Ｃ複合材は高価である上に、摩擦
特性に劣りブレーキ材としての要求特性を満足したもの
ではなかった。
は、短繊維強化型Ｃ／Ｃ複合材に着目して、上記のよう
な問題がなく、高速車両摺動材として有用なＣ／Ｃを提
供すべく鋭意検討した。
題を解決するため、短繊維を用いたＣ／Ｃ複合材につい
て鋭意検討し、特に、炭素繊維としてピッチ系炭素繊維
を使用し、緻密化のためにピッチで含浸することによ
り、更に緻密化の前に２２００℃以上で黒鉛化し、緻密
化焼成温度を２１００℃以下にすることによって、高強
度、高熱容量、高熱伝導率、かつ摩擦特性に優れるＣ／
Ｃ複合材を製造することができることを見い出し、本発
明に到達した。
複合材であって、引張強度８．５ｋｇ／ｍｍ以上且つ嵩
密度１．８ｇ／ｃｍ3 以上、且つ熱伝導率１００Ｗ／ｍ
・Ｋ以上、且つ気孔率１０％以下の特性を有するＣ／Ｃ
複合材及びそれを用いた摺動材に存する。以下、本発明
を詳細に説明するが、本発明で用いる炭素繊維として
は、ＰＡＮ系、レーヨン系等の公知のものが使用できる
が、高熱容量かつ高熱伝導であるピッチ系炭素繊維を使
用するのが好ましい。更に必要に応じてＳｉＣ，Ａｌ2
Ｏ3，カーボンブラックなどの無機繊維、無機物などを
添加してもよい。
の単繊維からなるトウ、ストランド、ロービング、ヤー
ンなどの形態であり、これらをカッティングすることに
より得られる短繊維を用いるのが好ましい。そして、こ
れらの短繊維は複数の単繊維の束、１０００本〜８００
０本、好ましくは２０００〜６０００本から形成されて
おり、本発明においては、通常０．３〜１００ｍｍ、好
ましくは５〜５０ｍｍ程度の短繊維束を使用する。炭素
繊維自体の径や弾性率は、一般に複合材として用いられ
る範囲で特に限定はない。Ｃ／Ｃ複合材とする際には、
該短繊維束を解繊、分散し、二次元ランダムのシートを
作製し、マトリックス物質をその間に充填させることが
特性向上のために重要である。
束を乾式又は湿式解繊し、二次元ランダムのシートを作
製する。ここで乾式解繊し、二次元ランダムに配向した
シートの製造方法としては、例えば紡績において一般的
な機械的に炭素繊維をモノフィラメント化し、シートを
作製するランダムウェバーを使用して製造したり、また
はエアーにより解繊し、シートを製造する方法等があ
る。
たシートを製造する方法としては、例えばパルプ等の叩
解処理に通常使用されているビーターや解繊処理に用い
られるパルパーを使用し、溶媒中で短繊維状炭素繊維を
解繊後、例えば底部にスクリーンを有する型枠等に少量
ずつ供給したり、解繊後撹拌等の手段で均一に分散さ
せ、金網等で抄紙後、乾燥させて作製する方法がある。
短繊維状の炭素繊維を均一に分散させる溶媒としては、
好ましくは水、或いはアセトン、炭素数１〜５のアルコ
ール、アントラセン油等を用いるがその他の有機溶剤を
用いてもよい。又該溶媒中にフェノール樹脂、フラン樹
脂或いはピッチ等を分散もしくは溶解させておくと、炭
素繊維同士が接着された状態となり、次工程での取り扱
いをより容易とするので好ましい。更に、繊維素グリコ
ール酸ナトリウム、ポリビニルアルコール、ヒドロキシ
セルロース等の増粘剤を溶媒中に加えておくと、その効
果が更に増大となるので好ましい。
は、種々のものが取り得るが、取り扱い性、含浸性、均
一性を考えると１０〜５００ｇ／ｍ2 が最適である。こ
の様ににして得られた二次元ランダムに配向したシート
にフェノール樹脂、フラン樹脂、或いは石油系、石炭系
ピッチ等のマトリックスを含浸させた後乾燥する。その
際、マトリックスはアルコール、アセトン、アントラセ
ン油等の溶媒に溶解して適正な粘度に調整したものを使
用する。
型へ充填し１００〜５００℃の温度で加圧成形してＶｆ
（繊維体積含有量）＝５〜６５％、好ましくは１０〜５
５％程度の成形体を得るその後、Ｎ2 ガス等の不活性ガ
ス雰囲気中で１〜２００℃／ｈの昇温速度で、２２００
℃好ましくは２４００℃以上２８００℃以下の温度まで
焼成し熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは１１
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とし、更に引張強度を８．５ｋｇ／ｍ
ｍ2 以上、好ましくは９ｋｇ／ｍｍ2 以上、更に好まし
くは１０ｋｇ／ｍｍ2 以上とする。
る。その方法としては、ＣＶＤ及び／又は樹脂等を用い
る方法が挙げられるが、高熱容量且つ高熱伝導性が得ら
れるピッチを含浸することが好ましい。その後更に、２
１００℃以下で焼成する緻密化処理を複数回繰り返し気
孔率１０％以下とすることにより、嵩密度１．８ｇ／ｃ
ｍ3 以上好ましくは１．９ｇ／ｃｍ3 以上となり、高熱
容量かつ摩擦特性及び耐酸化性に優れたＣ／Ｃ複合材と
なる。このとき使用するピッチとしては、種々のピッチ
を用いることができるが、好ましくは、軟化点７０〜１
５０℃さらに好ましくは８０〜９０℃、トルエン不溶分
１０〜３０％さらに好ましくは１３〜２０％、実質上キ
ノリン不溶分を含まず、固定炭素４０％以上さらに好ま
しくは５０％以上のものを用いる。緻密化処理工程以降
での最高温度は摩擦特性を向上させるため、２１００℃
以下であることが必要であるが、耐酸化性向上のために
は１６００℃以上であることが好ましく、かかる緻密化
処理工程以降での最高温度は、最終熱処理時の温度であ
ることが必要である。尚、最終熱処理は、緻密化工程で
あってもよいし、あるいは緻密化工程後に別に設けても
よい。
Ｃ複合材は引張強度８．５ｋｇ／ｍｍ2 以上、嵩密度
１．８以上、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、気孔率１
０％以下となり航空機や高速車両用ブレーキとしての要
求特性を充分に兼ね備えたものとなる。尚、特性値の測
定に当たっては、気孔率については水銀ポロシメーター
を使用し、熱伝導率の測定は、レーザーフラッシュ法を
用い、引張強度の測定は、ＪＩＳ Ｋ−６９１１に準拠
して測定した。
するが、本発明はその要旨をこえない限り、下記実施例
に限定されるものではない。
する。 実施例 フィラメント数４０００のピッチ系炭素繊維を３０ｍｍ
長に切断したものをランダムウェバーにて解繊し、二次
元ランダムに配向した目付２００ｇ／ｍ2 のシートを得
た。このシートへエタノールで希釈したフェノール樹脂
を含浸させた後乾燥し、２００ｇ／ｍ2 の炭素繊維に対
し１３０ｇ／ｍ2 のフェノール樹脂を含浸したシートを
作製した。このシートを金型内へ積層し、２５０℃にて
加圧成形し、Ｖｆ≒５０％の成形体を得た。この成形体
を２４００℃迄焼成した後、ピッチを含浸し１０００℃
迄焼成する。さらに同様の含浸−焼成の操作を複数回繰
り返し、その後最終熱処理として、２０００℃の熱処理
を行って気孔率８％のＣ／Ｃ複合材を得た。このＣ／Ｃ
複合材の特性を表１に示す。
後に、実施例１と同様の緻密化処理を行い、気孔率８％
のＣ／Ｃ複合材を得た。このＣ／Ｃ複合材の特性を表１
に示す。
部にフェノール樹脂６５重量含浸し、乾燥したのち３０
ｍｍ長に切断した所謂トウプリプレグを作製した。この
ものを金型内へ充填し、２５０℃にて加圧成形し、Ｖｆ
≒５０％の成形体を得た。この成形体を実施例１と同様
な方法にて緻密化処理を行い気孔率８％のＣ／Ｃ複合材
を得た。このＣ／Ｃ複合材の特性を表１に示す。
特性、機械特性、熱特性、耐酸化性に優れた短繊維強化
型Ｃ／Ｃ複合材ブレーキを容易に得ることができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 短繊維強化型炭素繊維強化炭素複合材で
あって、引張強度８．５ｋｇ／ｍｍ2 以上、嵩密度１．
８ｇ／ｃｍ3 以上、且つ熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以
上、且つ気孔率１０％以下の特性を有する炭素繊維強化
炭素複合材。 - 【請求項２】 短繊維強化型炭素繊維強化炭素複合材で
あって、引張強度８．５ｋｇ／ｍｍ2 以上且つ嵩密度
１．８ｇ／ｃｍ3 以上、且つ熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ
以上、且つ気孔率１０％以下の特性を有する炭素繊維強
化炭素複合材を用いた摺動材。 - 【請求項３】 炭素短繊維を解繊し、２次元ランダムシ
ートを作製し、該２次元ランダムシートを積層、成形
後、２２００℃以上で焼成し、その後ピッチを緻密化マ
トリクスとして含浸し、これを２１００℃以下で焼成す
る緻密化処理を複数回繰り返し、かつ緻密化処理工程以
降での最高温度は最終熱処理時の温度である請求項１記
載の炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27050492A JP3484711B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27050492A JP3484711B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003183424A Division JP4066896B2 (ja) | 2003-06-26 | 2003-06-26 | 炭素繊維強化炭素複合材及びそれを用いた摺動材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06116032A true JPH06116032A (ja) | 1994-04-26 |
| JP3484711B2 JP3484711B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=17487178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27050492A Expired - Lifetime JP3484711B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3484711B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998038140A1 (en) * | 1997-02-27 | 1998-09-03 | Osaka Gas Co., Ltd. | Sound absorbing and heat insulating material, and method of manufacturing same |
-
1992
- 1992-10-08 JP JP27050492A patent/JP3484711B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998038140A1 (en) * | 1997-02-27 | 1998-09-03 | Osaka Gas Co., Ltd. | Sound absorbing and heat insulating material, and method of manufacturing same |
| US6855398B1 (en) | 1997-02-27 | 2005-02-15 | Osaka Gas Co., Ltd. | Sound absorbing and heat insulating material, and method of manufacturing same |
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|---|---|
| JP3484711B2 (ja) | 2004-01-06 |
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