JPH0791780B2 - 炭素繊維 - Google Patents
炭素繊維Info
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- JPH0791780B2 JPH0791780B2 JP61153875A JP15387586A JPH0791780B2 JP H0791780 B2 JPH0791780 B2 JP H0791780B2 JP 61153875 A JP61153875 A JP 61153875A JP 15387586 A JP15387586 A JP 15387586A JP H0791780 B2 JPH0791780 B2 JP H0791780B2
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- Chemical Treatment Of Fibers During Manufacturing Processes (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表面に金属又は半金属の酸化物のゲルが被覆
された、マトリツクスとの接着性が改善された炭素繊維
及びそれを使用した複合材に関するものである。
された、マトリツクスとの接着性が改善された炭素繊維
及びそれを使用した複合材に関するものである。
炭素繊維は、樹脂、金属、セラミツク、炭素等をマトリ
ツクスとする複合材の補強繊維として注目されている。
ツクスとする複合材の補強繊維として注目されている。
複合材においては、補強繊維が負荷された応力を主に担
い、マトリツクスは応力を個々の繊維に均等に分担させ
る伝達の役割を担うといわれている。従つて、複合材と
しての性能を充分なものとするためには、繊維がマトリ
ツクス中に均一に分布し、その繊維がマトリツクスで一
様に囲まれており、更に、繊維とマトリツクスが充分に
接着していて応力の伝達が円滑に行なわれるようになつ
ていることが重要である。
い、マトリツクスは応力を個々の繊維に均等に分担させ
る伝達の役割を担うといわれている。従つて、複合材と
しての性能を充分なものとするためには、繊維がマトリ
ツクス中に均一に分布し、その繊維がマトリツクスで一
様に囲まれており、更に、繊維とマトリツクスが充分に
接着していて応力の伝達が円滑に行なわれるようになつ
ていることが重要である。
しかし、一般に、炭素繊維はマトリツクスとの接着性が
悪く、充分な性能を示す複合材が得にくい。そこで、従
来は、例えば、酸化性ガスや酸溶液、或いは、電気分解
等により炭素繊維の表面を活性化したり、化学蒸着法
（CVD法）等により炭素繊維の表面に金属の蒸着層を設
けたりする等の方法が取られている。
悪く、充分な性能を示す複合材が得にくい。そこで、従
来は、例えば、酸化性ガスや酸溶液、或いは、電気分解
等により炭素繊維の表面を活性化したり、化学蒸着法
（CVD法）等により炭素繊維の表面に金属の蒸着層を設
けたりする等の方法が取られている。
しかしながら、これら従来の方法は、製造工程が繁雑で
あつたり、大規模の処理装置を必要とする等工業的生産
には必ずしも有利とはいえなかつた。
あつたり、大規模の処理装置を必要とする等工業的生産
には必ずしも有利とはいえなかつた。
また、補強繊維を比較的簡便に製造する方法として、炭
素繊維の表面にアルコキシアルミニウムアセチレートの
溶液を塗布し、それを焼成して酸化アルミニウム等の被
膜を形成する方法が提案されている（特開昭60−76335
号公報）が、未だマトリツクスとの接着性が充分とはい
えず、更に改良が望まれていた。
素繊維の表面にアルコキシアルミニウムアセチレートの
溶液を塗布し、それを焼成して酸化アルミニウム等の被
膜を形成する方法が提案されている（特開昭60−76335
号公報）が、未だマトリツクスとの接着性が充分とはい
えず、更に改良が望まれていた。
そこで、本発明者は、かかる問題点を解決すべく、鋭意
検討した結果、炭素繊維の表面に金属又は半金属の酸化
物のコロイド溶液を塗布し、加熱処理して酸化物のゲル
の被覆層を形成すれば炭素繊維の表面に凹凸を有する被
覆層とすることができる結果、上述の如き問題点が解決
できることを見い出し本発明に到達した。
検討した結果、炭素繊維の表面に金属又は半金属の酸化
物のコロイド溶液を塗布し、加熱処理して酸化物のゲル
の被覆層を形成すれば炭素繊維の表面に凹凸を有する被
覆層とすることができる結果、上述の如き問題点が解決
できることを見い出し本発明に到達した。
すなわち、本発明の目的は、簡便な方法で、しかもマト
リツクスとの接着性が更に改善された補強繊維を提供す
ることにある。
リツクスとの接着性が更に改善された補強繊維を提供す
ることにある。
そして、その目的は、表面に金属又は半金属の酸化物の
ゲルの被覆層を有する炭素繊維であつて、該被覆層が炭
素繊維表面に塗布された該酸化物のコロイド溶液を加熱
処理することによつて形成されたものであることを特徴
とする炭素繊維により容易に達成される。
ゲルの被覆層を有する炭素繊維であつて、該被覆層が炭
素繊維表面に塗布された該酸化物のコロイド溶液を加熱
処理することによつて形成されたものであることを特徴
とする炭素繊維により容易に達成される。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する炭素繊維は、公知のポリアクリロニト
リル系及びピツチ系炭素繊維が使用できるが、ピツチ
系、特にメソフエーズピツチを紡糸して得られる炭素繊
維、或いは、気相熱分解法により得られる炭素繊維の様
な表面活性の低い炭素繊維において効果が大であるので
好適である。
リル系及びピツチ系炭素繊維が使用できるが、ピツチ
系、特にメソフエーズピツチを紡糸して得られる炭素繊
維、或いは、気相熱分解法により得られる炭素繊維の様
な表面活性の低い炭素繊維において効果が大であるので
好適である。
これら炭素繊維は、予め陽極酸化等により表面を酸化処
理しておくことが本発明の被覆層を堅固に固着すること
ができるので好ましい。その際、酸化により炭素繊維自
体の性能が劣化されない程度の極く軽度な酸化処理でよ
い。
理しておくことが本発明の被覆層を堅固に固着すること
ができるので好ましい。その際、酸化により炭素繊維自
体の性能が劣化されない程度の極く軽度な酸化処理でよ
い。
本発明においては、炭素繊維の表面に金属又は半金属の
酸化物のコロイド溶液を浸漬等の方法によつて塗布す
る。
酸化物のコロイド溶液を浸漬等の方法によつて塗布す
る。
本発明の金属又は半金属の酸化物としては、コロイドを
形成し得るものであればよく、例えば、アルミニウム、
チタニウム、クロム、鉄、銅、ジルコニウム、トリウ
ム、或いは、ケイ素等の酸化物が挙げられる。特に、ア
ルミニウム、ケイ素の酸化物が好適である。
形成し得るものであればよく、例えば、アルミニウム、
チタニウム、クロム、鉄、銅、ジルコニウム、トリウ
ム、或いは、ケイ素等の酸化物が挙げられる。特に、ア
ルミニウム、ケイ素の酸化物が好適である。
これら金属又は半金属の酸化物のコロイド溶液は常法に
従い、例えば、加水分解等によつて調製すればよい。そ
の際、コロイド状態の安定化を計るために、酢酸、塩酸
等の酸や水酸化ナトリウム、アンモニア水等のアルカ
リ、或いは塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩類を適
宜添加してもよい。
従い、例えば、加水分解等によつて調製すればよい。そ
の際、コロイド状態の安定化を計るために、酢酸、塩酸
等の酸や水酸化ナトリウム、アンモニア水等のアルカ
リ、或いは塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩類を適
宜添加してもよい。
本発明においては、金属又は半金属の酸化物のコロイド
の粒径が、５〜300mμの範囲のものを使用するのがマト
リツクスとの接着性の点で好適である。
の粒径が、５〜300mμの範囲のものを使用するのがマト
リツクスとの接着性の点で好適である。
かかる金属又は半金属の酸化物のコロイド溶液を炭素繊
維に塗布する方法としては、コロイド溶液の満たされた
槽内を連続的に炭素繊維を走行させる方法が、処理の効
率、均一塗布の点から好ましい。また、この際に、コロ
イド溶液の満たされた槽に10〜50KHz程度の超音波を作
用させておくと、例えば、炭素繊維を束状で処理した場
合にも繊維間の気泡等による処理むらの影響を防ぐこと
ができるので好ましい。
維に塗布する方法としては、コロイド溶液の満たされた
槽内を連続的に炭素繊維を走行させる方法が、処理の効
率、均一塗布の点から好ましい。また、この際に、コロ
イド溶液の満たされた槽に10〜50KHz程度の超音波を作
用させておくと、例えば、炭素繊維を束状で処理した場
合にも繊維間の気泡等による処理むらの影響を防ぐこと
ができるので好ましい。
コロイド溶液を塗布した炭素繊維は、適宜ローラー等を
通すなどして余分な溶液を除き、その後加熱処理を施さ
れる。
通すなどして余分な溶液を除き、その後加熱処理を施さ
れる。
コロイド溶液の塗布は、加熱処理後の被覆厚さとして、
１μ以下（被覆量で５％以下）となるように行う。
１μ以下（被覆量で５％以下）となるように行う。
本発明の加熱処理によつて、金属又は半金属の酸化物の
コロイドはゲルの状態に変換される。本発明において、
通常、100〜800℃、好ましくは、100〜400℃の温度で、
0.5〜10時間、好ましくは、１〜５時間加熱処理され
る。その際、炭素繊維を加熱炉内を連続的に走行させる
のが処理効率、繊維同士のからみ及び固着防止の点から
好ましい。
コロイドはゲルの状態に変換される。本発明において、
通常、100〜800℃、好ましくは、100〜400℃の温度で、
0.5〜10時間、好ましくは、１〜５時間加熱処理され
る。その際、炭素繊維を加熱炉内を連続的に走行させる
のが処理効率、繊維同士のからみ及び固着防止の点から
好ましい。
あまり高温、長時間処理すると炭素繊維に付着したゲル
の被覆層が、炭素繊維との熱収縮の差異により剥離して
しまうので、上記範囲で加熱処理するのがよい。
の被覆層が、炭素繊維との熱収縮の差異により剥離して
しまうので、上記範囲で加熱処理するのがよい。
加熱処理は、約400℃以下で行う場合は空気中で行つて
もよいが、それ以上の温度で処理する場合は炭素繊維の
酸化による性能劣化を防ぐために不活性雰囲気下で行
う。
もよいが、それ以上の温度で処理する場合は炭素繊維の
酸化による性能劣化を防ぐために不活性雰囲気下で行
う。
以上のようにして得られる炭素繊維は、その表面に凹凸
を有する金属又は半金属の酸化物のゲルの被覆層が形成
されている。この被覆層の持つ活性及びその凹凸の効果
によりマトリツクスとの接着性が改善され、より優れた
性能の複合材料の補強繊維として使用することができ
る。
を有する金属又は半金属の酸化物のゲルの被覆層が形成
されている。この被覆層の持つ活性及びその凹凸の効果
によりマトリツクスとの接着性が改善され、より優れた
性能の複合材料の補強繊維として使用することができ
る。
また、本発明の複合材におけるマトリツクスの例示とし
ては、例えば、エポキシやポリアミド等の樹脂、アルミ
ニウム、マグネシウム等の金属、SiC、BN等のセラミツ
ク、フエノール樹脂やピツチ類に由来する炭素等、好ま
しくは、樹脂及び金属が挙げられる。
ては、例えば、エポキシやポリアミド等の樹脂、アルミ
ニウム、マグネシウム等の金属、SiC、BN等のセラミツ
ク、フエノール樹脂やピツチ類に由来する炭素等、好ま
しくは、樹脂及び金属が挙げられる。
本発明の炭素繊維を、これらマトリツク中、通常、30〜
70vol％の範囲となるように使用し、常法に従い成型す
ることによつて、良好な複合材料を得ることができる。
70vol％の範囲となるように使用し、常法に従い成型す
ることによつて、良好な複合材料を得ることができる。
本発明によれば、金属又は半金属のコロイド溶液を炭素
繊維の表面に塗布し、加熱処理するという簡便な方法で
マトリクスとの接着性が更に改善された補強繊維を得る
ことができ、かつ、かかる補強繊維を使用することによ
り高特性の複合材を得ることができる。
繊維の表面に塗布し、加熱処理するという簡便な方法で
マトリクスとの接着性が更に改善された補強繊維を得る
ことができ、かつ、かかる補強繊維を使用することによ
り高特性の複合材を得ることができる。
以下、本発明を実施例を用いて、より具体的に説明する
が、本発明はその要旨をこえない限り下記の実施例に限
定されるものではない。
が、本発明はその要旨をこえない限り下記の実施例に限
定されるものではない。
実施例１ 2000℃で焼成したピツチ系炭素繊維束（3000フイラメン
ト）を0.05wt％水酸化ナトリウム水溶液中を連続的に走
行させながら繊維束を陽極として処理量1C/g−炭素繊維
となるように電解酸化し、次いで、脱塩水の洗浄槽を通
過させて洗浄し、更に複数のローラーを通過させて水切
りを行つた。
ト）を0.05wt％水酸化ナトリウム水溶液中を連続的に走
行させながら繊維束を陽極として処理量1C/g−炭素繊維
となるように電解酸化し、次いで、脱塩水の洗浄槽を通
過させて洗浄し、更に複数のローラーを通過させて水切
りを行つた。
引続き、この繊維束を45KHz、100Wの超音波を作用させ
ているアルミナコロイド溶液（日産化学社製、アルミナ
ゾル−200を1wt％となるように脱塩水にて希釈）の満た
された槽内を走行させ、次いで、複数のローラーを通過
させた後、ドラムに巻取つた。
ているアルミナコロイド溶液（日産化学社製、アルミナ
ゾル−200を1wt％となるように脱塩水にて希釈）の満た
された槽内を走行させ、次いで、複数のローラーを通過
させた後、ドラムに巻取つた。
この一連の処理における通糸速度は5m/時であり、アル
ミナコロイド溶液の槽における繊維束の滞留時間は２分
間であつた。
ミナコロイド溶液の槽における繊維束の滞留時間は２分
間であつた。
アルミナコロイド溶液を塗布した炭素繊維束は、次い
で、全長0.3m、中心部最高温度200℃の炉内を0.45m/時
の速度で走行させて加熱処理を行つた。
で、全長0.3m、中心部最高温度200℃の炉内を0.45m/時
の速度で走行させて加熱処理を行つた。
得られた炭素繊維束は、処理前に比べて2.5％の重量増
加があり、又、走査型電子顕微鏡で観察したところ、炭
素繊維の表面に平均で約0.5μの厚さの凹凸のあるゲル
の被覆層が確認された。
加があり、又、走査型電子顕微鏡で観察したところ、炭
素繊維の表面に平均で約0.5μの厚さの凹凸のあるゲル
の被覆層が確認された。
この炭素繊維束を使用してエポキシ樹脂をマトリツクス
とする繊維含有率50％の２×10×12mmの成型体（硬化条
件;180℃、２時間）を常法に従い作成し、３点曲げ試験
法（スパン間10mm、歪速度2mm/min）により層間せん断
強度を求めた結果、４点の試験片の平均値として9.6Kg/
mm2であつた。
とする繊維含有率50％の２×10×12mmの成型体（硬化条
件;180℃、２時間）を常法に従い作成し、３点曲げ試験
法（スパン間10mm、歪速度2mm/min）により層間せん断
強度を求めた結果、４点の試験片の平均値として9.6Kg/
mm2であつた。
実施例２ 実施例１において、アルミナコロイド溶液の代りに酸化
ケイ素コロイド溶液（日産化学社製、商標スノーテツク
−φを1wt％となるように脱塩水で希釈し、更に酢酸でp
H4に調整）を使用する外は、実施例１と同様にしてコロ
イド溶液を塗布し、加熱処理した。
ケイ素コロイド溶液（日産化学社製、商標スノーテツク
−φを1wt％となるように脱塩水で希釈し、更に酢酸でp
H4に調整）を使用する外は、実施例１と同様にしてコロ
イド溶液を塗布し、加熱処理した。
得られた炭素繊維束は、処理前に比べて1.8％の重量増
加があり、又、その表面に平均で約0.3μの厚さの凹凸
のあるゲルの被覆層が確認された。
加があり、又、その表面に平均で約0.3μの厚さの凹凸
のあるゲルの被覆層が確認された。
この炭素繊維束を使用して実施例１と同様に成型体を作
成し、層間せん断強度を求めたところ、8.4Kg/mm2であ
つた。
成し、層間せん断強度を求めたところ、8.4Kg/mm2であ
つた。
比較例１ 実施例１において、アルミナコロイド溶液塗布を行わな
かつた以外は、実施例１と同様にして補強炭素繊維を得
た。そして、実施例１と同様にして作成した複合材料の
層間せん断強度を求めたところ、4.2Kg/mm2であつた。
かつた以外は、実施例１と同様にして補強炭素繊維を得
た。そして、実施例１と同様にして作成した複合材料の
層間せん断強度を求めたところ、4.2Kg/mm2であつた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｊ 5/06 7310−4Ｆ Ｄ０６Ｍ 11/79 // Ｄ０６Ｍ 101:40
Claims (6)
- 【請求項１】表面に金属又は半金属の酸化物のゲルの被
覆層を有する炭素繊維であって、該被覆層が炭素繊維表
面に塗布された該酸化物のコロイド溶液を加熱処理する
ことによって形成されたものであることを特徴とする炭
素繊維。 - 【請求項２】炭素繊維がピッチ系炭素繊維である特許請
求の範囲第１項記載の炭素繊維。 - 【請求項３】炭素繊維の表面が、陽極酸化処理されたも
のである特許請求の範囲第１項記載の炭素繊維。 - 【請求項４】金属又は半金属の酸化物のコロイドの粒径
が、５〜300mμである特許請求の範囲第１項記載の炭素
繊維。 - 【請求項５】金属又は半金属の酸化物のコロイド溶液
が、アルミナ又は酸化ケイ素のコロイド溶液である特許
請求の範囲第１項記載の炭素繊維。 - 【請求項６】加熱処理温度が、100〜800℃である特許請
求の範囲第１項記載の炭素繊維。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61153875A JPH0791780B2 (ja) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | 炭素繊維 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61153875A JPH0791780B2 (ja) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | 炭素繊維 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20343994A Division JPH0830122B2 (ja) | 1994-08-29 | 1994-08-29 | 炭素繊維を用いた複合材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6312761A JPS6312761A (ja) | 1988-01-20 |
| JPH0791780B2 true JPH0791780B2 (ja) | 1995-10-04 |
Family
ID=15572021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61153875A Expired - Lifetime JPH0791780B2 (ja) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | 炭素繊維 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791780B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016068210A1 (ja) * | 2014-10-31 | 2016-05-06 | ジャパンマテックス株式会社 | 炭素繊維樹脂テープの製造方法及び炭素繊維樹脂テープ |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2880016B1 (fr) * | 2004-12-23 | 2007-04-20 | Messier Bugatti Sa | Procede de realisation de preforme fibreuse pour la fabrication de pieces en materiau composite de type carbone/carbone incorporant des particules en ceramique, et produit ainsi obtenus |
| CN106192371B (zh) * | 2016-06-30 | 2018-08-03 | 东华大学 | 一种耐高温3Al2O3-2SiO2-SiBNC碳纤维复合涂层的制备方法 |
| JP6782284B2 (ja) * | 2017-07-14 | 2020-11-11 | ジャパンマテックス株式会社 | 充填材及びその製造方法 |
| CN111712383A (zh) * | 2018-02-22 | 2020-09-25 | 积水化学工业株式会社 | 叠层片 |
| CN112712944B (zh) * | 2020-12-24 | 2022-04-08 | 武汉肯达科讯科技有限公司 | 一种高导热绝缘垫片及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6082344A (ja) * | 1983-10-11 | 1985-05-10 | 株式会社クラレ | 無機質複合材料 |
-
1986
- 1986-06-30 JP JP61153875A patent/JPH0791780B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016068210A1 (ja) * | 2014-10-31 | 2016-05-06 | ジャパンマテックス株式会社 | 炭素繊維樹脂テープの製造方法及び炭素繊維樹脂テープ |
| JP6041416B2 (ja) * | 2014-10-31 | 2016-12-07 | ジャパンマテックス株式会社 | 炭素繊維樹脂テープの製造方法及び炭素繊維樹脂テープ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6312761A (ja) | 1988-01-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |