JPH06263537A - 擬似一方向強化ｃ／ｃ複合材料及びその製造方法 - Google Patents
擬似一方向強化ｃ／ｃ複合材料及びその製造方法Info
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- JPH06263537A JPH06263537A JP5053668A JP5366893A JPH06263537A JP H06263537 A JPH06263537 A JP H06263537A JP 5053668 A JP5053668 A JP 5053668A JP 5366893 A JP5366893 A JP 5366893A JP H06263537 A JPH06263537 A JP H06263537A
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- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 一方向のみならず繊維と直角方向の熱伝導
率、強度等に優れる擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料及び
その製造方法を提供する。 【構成】 炭素繊維の一方向シートを３〜９枚おきに１
枚の割合で繊維の方向を直角に積層してなる擬似一方向
強化Ｃ／Ｃ複合材料及び炭素繊維の一方向シートを３〜
９枚おきに１枚の割合で繊維の方向を直角に積層し、成
形後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複合材料の製造方法。
率、強度等に優れる擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料及び
その製造方法を提供する。 【構成】 炭素繊維の一方向シートを３〜９枚おきに１
枚の割合で繊維の方向を直角に積層してなる擬似一方向
強化Ｃ／Ｃ複合材料及び炭素繊維の一方向シートを３〜
９枚おきに１枚の割合で繊維の方向を直角に積層し、成
形後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複合材料の製造方法。
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Ｃ／
Ｃ複合材料及びその製造方法に関する。
炉、その他の高温分野に使用される擬似一方向強化Ｃ／
Ｃ複合材料及びその製造方法に関する。
【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材及び繊維を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．５
６、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
巻き付け、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材及び繊維を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．５
６、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
巻き付け、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、繊維の方向の熱伝導や強度
は著しく改善されるものの、他の方向即ち繊維と直角方
向の熱伝導率、強度（層間剪断強度）等の特性は著しく
低下するという問題があった。逆に、２Ｄ材や３Ｄ材は
一方向強化材に比べて繊維と直角方向の熱伝導率や強度
は大きくなるが、一方向のような高い熱伝導が得られな
い点で問題がある。更に、３Ｄ材は容易に製造できない
問題もある。本発明は、一方向のみならず、繊維と直角
方向の熱伝導率、強度等の特性に優れる擬似一方向強化
Ｃ／Ｃ複合材料及びその製造方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、繊維の方向の熱伝導や強度
は著しく改善されるものの、他の方向即ち繊維と直角方
向の熱伝導率、強度（層間剪断強度）等の特性は著しく
低下するという問題があった。逆に、２Ｄ材や３Ｄ材は
一方向強化材に比べて繊維と直角方向の熱伝導率や強度
は大きくなるが、一方向のような高い熱伝導が得られな
い点で問題がある。更に、３Ｄ材は容易に製造できない
問題もある。本発明は、一方向のみならず、繊維と直角
方向の熱伝導率、強度等の特性に優れる擬似一方向強化
Ｃ／Ｃ複合材料及びその製造方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
方向強化材や２Ｄ材あるいは３Ｄ材でもなく、一方向強
化材と２Ｄ材の間で、かつ、一方向強化材に近い材料が
本発明者らの目的に叶っていることを見出し。即ち、本
発明者らは炭素繊維方向と該炭素繊維に対し直角な二方
向の熱伝導率、強度等の特性を向上させるまでもなく、
炭素繊維方向に対し直角な一方向の特性のみ向上させる
だけで十分と考え、炭素繊維方向に対し直角な方向の一
方向に少量炭素繊維を配することで一方向強化材の良い
特性を損なわずに炭素繊維に対し直角方向の特性を必要
最小限改善できることを見い出した。
方向強化材や２Ｄ材あるいは３Ｄ材でもなく、一方向強
化材と２Ｄ材の間で、かつ、一方向強化材に近い材料が
本発明者らの目的に叶っていることを見出し。即ち、本
発明者らは炭素繊維方向と該炭素繊維に対し直角な二方
向の熱伝導率、強度等の特性を向上させるまでもなく、
炭素繊維方向に対し直角な一方向の特性のみ向上させる
だけで十分と考え、炭素繊維方向に対し直角な方向の一
方向に少量炭素繊維を配することで一方向強化材の良い
特性を損なわずに炭素繊維に対し直角方向の特性を必要
最小限改善できることを見い出した。
【０００５】本発明は炭素繊維の一方向シートを３〜９
枚おきに１枚の割合で繊維の方向を直角に積層してなる
擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料及び炭素繊維の一方向シ
ートを３〜９枚おきに１枚の割合で繊維の方向を直角に
積層し、成形後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複合材料の製造方法に関する。
枚おきに１枚の割合で繊維の方向を直角に積層してなる
擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料及び炭素繊維の一方向シ
ートを３〜９枚おきに１枚の割合で繊維の方向を直角に
積層し、成形後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複合材料の製造方法に関する。
【０００６】本発明の擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料に
おける一方向シートの積層方向の割合は、直角方向１に
対して正常方向３〜９とされ、この条件以外では本発明
の目的を達成することができない。一方向シートの積層
は炭素繊維の方向と一致させることが好ましい。炭素繊
維はＰＡＮ系、ピッチ系、汎用品、高強度品、高弾性品
いずれでも良く、使用目的に応じて用いればよい。核融
合炉壁に用いる場合にはピッチ系高弾性品が好ましい。
炭素マトリックスも制限はないが、炭化率の高い熱硬化
性樹脂、熱可塑性樹脂、ピッチ等を出発物質とした炭素
あるいは、熱分解炭素が好ましい。
おける一方向シートの積層方向の割合は、直角方向１に
対して正常方向３〜９とされ、この条件以外では本発明
の目的を達成することができない。一方向シートの積層
は炭素繊維の方向と一致させることが好ましい。炭素繊
維はＰＡＮ系、ピッチ系、汎用品、高強度品、高弾性品
いずれでも良く、使用目的に応じて用いればよい。核融
合炉壁に用いる場合にはピッチ系高弾性品が好ましい。
炭素マトリックスも制限はないが、炭化率の高い熱硬化
性樹脂、熱可塑性樹脂、ピッチ等を出発物質とした炭素
あるいは、熱分解炭素が好ましい。
【０００７】
【作用】上記したように、一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料の
炭素繊維方向に対し直角な方向の一方向にも少量、炭素
繊維を配すること、即ち、炭素繊維の一方向シートを３
〜９枚おきに１枚の割合で繊維の方向を直角に積層した
炭素繊維構造を持つことが一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料の
炭素繊維方向の熱伝導率、強度等の特性を損なわずに、
炭素繊維方向と直角な方向の一方向の熱伝導率、強度等
を高める作用をしている。本発明では熱伝導率及び強度
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複合材料の異方性を
小さくする方向に作用するものである。
炭素繊維方向に対し直角な方向の一方向にも少量、炭素
繊維を配すること、即ち、炭素繊維の一方向シートを３
〜９枚おきに１枚の割合で繊維の方向を直角に積層した
炭素繊維構造を持つことが一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料の
炭素繊維方向の熱伝導率、強度等の特性を損なわずに、
炭素繊維方向と直角な方向の一方向の熱伝導率、強度等
を高める作用をしている。本発明では熱伝導率及び強度
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複合材料の異方性を
小さくする方向に作用するものである。
【０００８】
実施例１ ピッチ系高弾性炭素繊維束（弾性率が５００ＧＰａ、密
度２．１５ｇ／ｃｃ、繊維径１０μｍ、フィラメント数
２０００本）を一方向に幅２５ｍｍあたり２０本の密度
で並べた一方向シート（目付２３２ｇ／ｍ2）にレゾー
ル型のフェノール樹脂（日立化成工業製、商品名ＶＰ−
８０１）を含浸したプリプレグを２００ｍｍ角に切断
し、この切断した２３４枚のプリプレグを３枚おきに１
枚の割合で繊維方向を直角にする以外は繊維の方向を揃
えて積層し、金型中１６０℃で厚さが５０ｍｍになる圧
力で成形し、ＦＲＰ成形体を作製した。次にこのＦＲＰ
成形体を不活性雰囲気中で約５日間かけて９００℃まで
の温度で樹脂を炭化した。次いで真空加圧含浸法により
溶融したピッチ（軟化点が８６℃、固定炭素６０重量
％、キノリン不溶分０．１重量％以下）を含浸し、上記
と同様の方法で炭化した。このピッチ含浸、炭化工程を
５回繰り返し、更に２８００℃で黒鉛化後、嵩密度１．
９ｇ／ｃｃの擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料を得た。特
性を表１に示す。
度２．１５ｇ／ｃｃ、繊維径１０μｍ、フィラメント数
２０００本）を一方向に幅２５ｍｍあたり２０本の密度
で並べた一方向シート（目付２３２ｇ／ｍ2）にレゾー
ル型のフェノール樹脂（日立化成工業製、商品名ＶＰ−
８０１）を含浸したプリプレグを２００ｍｍ角に切断
し、この切断した２３４枚のプリプレグを３枚おきに１
枚の割合で繊維方向を直角にする以外は繊維の方向を揃
えて積層し、金型中１６０℃で厚さが５０ｍｍになる圧
力で成形し、ＦＲＰ成形体を作製した。次にこのＦＲＰ
成形体を不活性雰囲気中で約５日間かけて９００℃まで
の温度で樹脂を炭化した。次いで真空加圧含浸法により
溶融したピッチ（軟化点が８６℃、固定炭素６０重量
％、キノリン不溶分０．１重量％以下）を含浸し、上記
と同様の方法で炭化した。このピッチ含浸、炭化工程を
５回繰り返し、更に２８００℃で黒鉛化後、嵩密度１．
９ｇ／ｃｃの擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料を得た。特
性を表１に示す。
【０００９】実施例２〜４ 実施例１で２３４枚のプリプレグを５枚おき、７枚お
き、９枚おきに１枚の割合で繊維方向を直角にする以外
は繊維の方向を揃えて積層し、以下実施例１と同様の工
程を経て嵩密度１．９ｇ／ｃｃの擬似一方向強化Ｃ／Ｃ
複合材料を得た。特性を表１に示す。
き、９枚おきに１枚の割合で繊維方向を直角にする以外
は繊維の方向を揃えて積層し、以下実施例１と同様の工
程を経て嵩密度１．９ｇ／ｃｃの擬似一方向強化Ｃ／Ｃ
複合材料を得た。特性を表１に示す。
【００１０】比較例１ 実施例１で２３４枚のプリプレグを繊維方向をすべて同
じ方向に積層する以外は実施例１と同様の工程を経て嵩
密度１．９ｇ／ｃｃの一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料を得
た。特性を表１に示す。
じ方向に積層する以外は実施例１と同様の工程を経て嵩
密度１．９ｇ／ｃｃの一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料を得
た。特性を表１に示す。
【００１１】比較例２ 実施例１で２３４枚のプリプレグを１枚おきに繊維方向
を直角に積層する以外は実施例１と同様の工程を経て嵩
密度１．９ｇ／ｃｃの一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料を得
た。特性を表１に示す。
を直角に積層する以外は実施例１と同様の工程を経て嵩
密度１．９ｇ／ｃｃの一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料を得
た。特性を表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】表１から明らかなように、炭素繊維を一方
向だけにした比較例１の一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料は三
方向のうち二方向の熱伝導率、曲げ強度とも極めて低
い。これに対し一方向シートを一部直角方向に積層した
構造の実施例の擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料は上記二
方向のうち一方向の熱伝導率、曲げ強度が改善されてい
ることが示される。また、一方向シートを正常方向と直
角方向の交互に積層した構造の比較例２の一方向強化Ｃ
／Ｃ複合材料は異方性が低く、特性が劣る。これに対し
一方向シートを一部直角方向に積層した構造の実施例の
擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料は一方向の優れた特性を
失っていないことが示される。
向だけにした比較例１の一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料は三
方向のうち二方向の熱伝導率、曲げ強度とも極めて低
い。これに対し一方向シートを一部直角方向に積層した
構造の実施例の擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料は上記二
方向のうち一方向の熱伝導率、曲げ強度が改善されてい
ることが示される。また、一方向シートを正常方向と直
角方向の交互に積層した構造の比較例２の一方向強化Ｃ
／Ｃ複合材料は異方性が低く、特性が劣る。これに対し
一方向シートを一部直角方向に積層した構造の実施例の
擬似一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料は一方向の優れた特性を
失っていないことが示される。
【００１４】
【発明の効果】従来の一方向強化Ｃ／Ｃ複合材料では、
繊維と直角方向の熱伝導率及び曲げ強度が極めて低い問
題があったが、本発明によれば、炭素繊維の一方向シー
トを３〜９枚おきに１枚の割合で繊維の方向を直角にし
て積層することによって、繊維と直角方向のうちの一方
向の熱伝導率及び曲げ強度を２〜９倍に改善できる。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
ことができる。
繊維と直角方向の熱伝導率及び曲げ強度が極めて低い問
題があったが、本発明によれば、炭素繊維の一方向シー
トを３〜９枚おきに１枚の割合で繊維の方向を直角にし
て積層することによって、繊維と直角方向のうちの一方
向の熱伝導率及び曲げ強度を２〜９倍に改善できる。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
ことができる。
Claims (2)
- 【請求項１】 炭素繊維の一方向シートを３〜９枚おき
に１枚の割合で繊維の方向を直角に積層してなる擬似一
方向強化Ｃ／Ｃ複合材料。 - 【請求項２】 炭素繊維の一方向シートを３〜９枚おき
に１枚の割合で繊維の方向を直角に積層し、成形後成形
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複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053668A JPH06263537A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 擬似一方向強化ｃ／ｃ複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053668A JPH06263537A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 擬似一方向強化ｃ／ｃ複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06263537A true JPH06263537A (ja) | 1994-09-20 |
Family
ID=12949227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5053668A Pending JPH06263537A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 擬似一方向強化ｃ／ｃ複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06263537A (ja) |
Cited By (2)
| 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 |
| JP2013166693A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-08-29 | Mitsubishi Plastics Inc | 炭素繊維強化炭素複合体およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP5053668A patent/JPH06263537A/ja active Pending
Cited By (6)
| 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 |
| EP2554526A1 (en) * | 2010-03-26 | 2013-02-06 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Carbon/carbon composite material and method of manufacture for same |
| EP2554526A4 (en) * | 2010-03-26 | 2013-11-27 | Toyo Tanso Co | CARBON / CARBON COMPOSITE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| JP2013166693A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-08-29 | Mitsubishi Plastics Inc | 炭素繊維強化炭素複合体およびその製造方法 |
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