JPH11343177A - 炭素繊維強化炭素複合材料からなる高温加圧成型炉部材及びその製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材料からなる高温加圧成型炉部材及びその製造方法Info
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Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 積層間の剥離を防止することで強
度低下を抑制可能で、かつ、取り扱い性に優れたＣ／Ｃ
コンポジット製高温加圧成型炉用部材を提供すること。 【解決手段】 樹脂と炭素繊維紡績糸を含むシー
トと炭素繊維連続糸を周回積層した後、炭素化すること
で得られるＣ／Ｃコンポジット製高温加圧成型炉用部材
とその製造方法
度低下を抑制可能で、かつ、取り扱い性に優れたＣ／Ｃ
コンポジット製高温加圧成型炉用部材を提供すること。 【解決手段】 樹脂と炭素繊維紡績糸を含むシー
トと炭素繊維連続糸を周回積層した後、炭素化すること
で得られるＣ／Ｃコンポジット製高温加圧成型炉用部材
とその製造方法
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維強化炭素
複合材料からなる高温加圧成型炉部材に関するものであ
る。更に詳しくは、セラミックスの焼結等に好適に用い
られる取扱性、耐久性に優れた円筒状の高温加圧成型炉
部材に関するものである。
複合材料からなる高温加圧成型炉部材に関するものであ
る。更に詳しくは、セラミックスの焼結等に好適に用い
られる取扱性、耐久性に優れた円筒状の高温加圧成型炉
部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来高温（１０００〜３０００℃）下で
用いられる耐熱部材としては、耐熱金属或いは黒鉛材が
使用されてきたが、耐熱金属は１６００℃以上の高温下
では強度が低下し、また、黒鉛材は引張強度が低いため
に、容積が大きく且つ重量が過大となる。
用いられる耐熱部材としては、耐熱金属或いは黒鉛材が
使用されてきたが、耐熱金属は１６００℃以上の高温下
では強度が低下し、また、黒鉛材は引張強度が低いため
に、容積が大きく且つ重量が過大となる。
【０００３】このため近年、炭素繊維で強化した炭素材
料、即ち炭素繊維強化炭素複合材料（以下「Ｃ／Ｃ」と
略す）が、高強度の耐熱部材として種々の分野で実用化
されてきている。また、Ｃ／Ｃを炉材に用いることで、
従来の材料と比較して体積を減少させることができるた
め、従来の大きさの装置でより大きな成型品が得ること
や、同じ大きさの成型品の場合にはより小型の装置で得
ること、そして、炉材自体の軽量化が可能となるという
利点も持っている。
料、即ち炭素繊維強化炭素複合材料（以下「Ｃ／Ｃ」と
略す）が、高強度の耐熱部材として種々の分野で実用化
されてきている。また、Ｃ／Ｃを炉材に用いることで、
従来の材料と比較して体積を減少させることができるた
め、従来の大きさの装置でより大きな成型品が得ること
や、同じ大きさの成型品の場合にはより小型の装置で得
ること、そして、炉材自体の軽量化が可能となるという
利点も持っている。
【０００４】Ｃ／Ｃ製の耐熱容器として、特開平９−３
０８６９号にフィラメントワイディング法（以下「ＦＷ
法」と略す）による円筒状耐熱容器の製造方法が開示さ
れている。ＦＷ法によるＣ／Ｃの製造は、連続繊維の使
用により非常に高強度の製品が得られる反面、炭素繊維
束をマンドレルに巻き付けて製造するために、Ｃ／Ｃの
前駆体（中間形態）であるプリフォームの製造に長時間
を要する事が多く、コスト高になる問題がある。
０８６９号にフィラメントワイディング法（以下「ＦＷ
法」と略す）による円筒状耐熱容器の製造方法が開示さ
れている。ＦＷ法によるＣ／Ｃの製造は、連続繊維の使
用により非常に高強度の製品が得られる反面、炭素繊維
束をマンドレルに巻き付けて製造するために、Ｃ／Ｃの
前駆体（中間形態）であるプリフォームの製造に長時間
を要する事が多く、コスト高になる問題がある。
【０００５】また、連続繊維を用いたシートあるいは連
続繊維束を用いた織物をシートワインド法により積層し
たプリフォームの成形・硬化においては、繊維とマトリ
ックス樹脂の伸張・収縮率の差によりシートあるいは織
物の積層間の剥離が発生しやすいという問題があった。
続繊維束を用いた織物をシートワインド法により積層し
たプリフォームの成形・硬化においては、繊維とマトリ
ックス樹脂の伸張・収縮率の差によりシートあるいは織
物の積層間の剥離が発生しやすいという問題があった。
【０００６】ＦＷ法ならびに連続繊維シートもしくは連
続繊維束を用いた織物を用いて製作されたＣ／Ｃにおい
ては、繰り返し使用に際し連続繊維の端末がささくれ立
ち、取り扱い性に問題を生じていた。
続繊維束を用いた織物を用いて製作されたＣ／Ｃにおい
ては、繰り返し使用に際し連続繊維の端末がささくれ立
ち、取り扱い性に問題を生じていた。
【０００７】また、繊維の剥離或いは脱離の少ない材料
として、従来から航空機ブレーキ材のような摩擦材料に
は短繊維紡績糸織物が使用されてきた。ストランドのさ
さくれ立ち防止のためにこの短繊維紡績糸織物を使用す
ることもできるが、引張強度が低く、高温加圧成型炉部
材に用いた場合には、使用時に変形、破損等が生じると
いう問題点がある。
として、従来から航空機ブレーキ材のような摩擦材料に
は短繊維紡績糸織物が使用されてきた。ストランドのさ
さくれ立ち防止のためにこの短繊維紡績糸織物を使用す
ることもできるが、引張強度が低く、高温加圧成型炉部
材に用いた場合には、使用時に変形、破損等が生じると
いう問題点がある。
【０００８】
【発明の目的】本発明は、これらの課題を克服するた
め、強度低下の要因となる製造時の積層間の剥離を防止
し、長時間の繰り返し使用にも耐え得るだけの強度を有
し、且つささくれ立ち等の問題の無いＣ／Ｃからなる高
温加圧成型炉用部材を提供すること、且つその製造方法
を提供することを目的とするものである。
め、強度低下の要因となる製造時の積層間の剥離を防止
し、長時間の繰り返し使用にも耐え得るだけの強度を有
し、且つささくれ立ち等の問題の無いＣ／Ｃからなる高
温加圧成型炉用部材を提供すること、且つその製造方法
を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のＣ／Ｃからなる
高温加圧成型炉部材は、次の構成からなる。
高温加圧成型炉部材は、次の構成からなる。
【００１０】（請求項１）周方向に巻回積層された炭素
繊維シートの強化層を有する炭素繊維強化炭素複合材料
からなる円筒状の高温加圧成型炉部材であり、且つ前記
の強化層が少なくとも３層にて構成され、内層と外層と
が下記ａを巻回積層した強化層で、中間層が下記ａとｂ
とを交互に巻回積層した複合強化層であることを特徴と
し、熱分解炭素質をマトリックスとする高温加圧成型炉
部材。 ａ：短繊維紡績糸から構成される炭素繊維シート ｂ：連続繊維又は連続繊維束を含む炭素繊維シート （請求項２）炭素繊維シートａが短繊維紡績糸織物であ
る請求項１記載の高温加圧成型炉部材。 （請求項３）炭素繊維シートａにおける短繊維紡績糸が
表面に露出している織物であることを特徴とする請求項
１記載の高温加圧成型炉部材。 （請求項４）炭素繊維シートａにおける短繊維紡績糸織
物の経糸又は緯糸が周方向に配向していることを特徴と
する請求項１記載の高温加圧成型炉部材。 （請求項５）炭素繊維シートｂが連続繊維又は連続繊維
束から構成される一方向配向シートもしくは織物である
請求項１記載の高温加圧成型炉部材。 （請求項６）炭素繊維シートｂを構成する連続繊維又は
連続繊維束が周方向に配向していることを特徴とする請
求項１記載の高温加圧成型炉部材。 （請求項７）周方向に巻回積層された炭素繊維シートで
強化されている炭素繊維強化炭素複合材料からなる円筒
状の高温加圧成型炉部材の製造方法において、ａをマン
ドレルに巻回して内層を形成した後、ａとｂを重ねたシ
ートを巻回して中間層を形成し、更にａを巻回して外層
を形成した後、プリフォーム作製時のいずれかの段階で
炭素繊維シート材に含浸した熱分解炭素質の前駆体とな
る樹脂を加熱硬化して少なくとも３層構造の円筒状物を
形成後、不活性雰囲気中で熱処理することを特徴とする
請求項１乃至請求項６記載の高温加圧成型炉部材の製造
方法。 ａ：短繊維紡績糸から構成される炭素繊維シート ｂ：連続繊維又は連続繊維束を含む炭素繊維シート
繊維シートの強化層を有する炭素繊維強化炭素複合材料
からなる円筒状の高温加圧成型炉部材であり、且つ前記
の強化層が少なくとも３層にて構成され、内層と外層と
が下記ａを巻回積層した強化層で、中間層が下記ａとｂ
とを交互に巻回積層した複合強化層であることを特徴と
し、熱分解炭素質をマトリックスとする高温加圧成型炉
部材。 ａ：短繊維紡績糸から構成される炭素繊維シート ｂ：連続繊維又は連続繊維束を含む炭素繊維シート （請求項２）炭素繊維シートａが短繊維紡績糸織物であ
る請求項１記載の高温加圧成型炉部材。 （請求項３）炭素繊維シートａにおける短繊維紡績糸が
表面に露出している織物であることを特徴とする請求項
１記載の高温加圧成型炉部材。 （請求項４）炭素繊維シートａにおける短繊維紡績糸織
物の経糸又は緯糸が周方向に配向していることを特徴と
する請求項１記載の高温加圧成型炉部材。 （請求項５）炭素繊維シートｂが連続繊維又は連続繊維
束から構成される一方向配向シートもしくは織物である
請求項１記載の高温加圧成型炉部材。 （請求項６）炭素繊維シートｂを構成する連続繊維又は
連続繊維束が周方向に配向していることを特徴とする請
求項１記載の高温加圧成型炉部材。 （請求項７）周方向に巻回積層された炭素繊維シートで
強化されている炭素繊維強化炭素複合材料からなる円筒
状の高温加圧成型炉部材の製造方法において、ａをマン
ドレルに巻回して内層を形成した後、ａとｂを重ねたシ
ートを巻回して中間層を形成し、更にａを巻回して外層
を形成した後、プリフォーム作製時のいずれかの段階で
炭素繊維シート材に含浸した熱分解炭素質の前駆体とな
る樹脂を加熱硬化して少なくとも３層構造の円筒状物を
形成後、不活性雰囲気中で熱処理することを特徴とする
請求項１乃至請求項６記載の高温加圧成型炉部材の製造
方法。 ａ：短繊維紡績糸から構成される炭素繊維シート ｂ：連続繊維又は連続繊維束を含む炭素繊維シート
【００１１】本発明のＣ／Ｃからなる円筒状の高温加圧
成型炉部材は、周方向に巻回積層されたシート状炭素繊
維材の強化層の外層及び内層に短繊維紡績糸を用いたシ
ートが配されているため、ストランド端末のささくれ立
ちがなく、また、連続繊維を用いたシート層を内部に配
置しているので、高温加圧成型炉部材として使用した場
合の耐圧性が高い効果を有している。
成型炉部材は、周方向に巻回積層されたシート状炭素繊
維材の強化層の外層及び内層に短繊維紡績糸を用いたシ
ートが配されているため、ストランド端末のささくれ立
ちがなく、また、連続繊維を用いたシート層を内部に配
置しているので、高温加圧成型炉部材として使用した場
合の耐圧性が高い効果を有している。
【００１２】さらに、連続繊維シートと短繊維紡績糸シ
ートを交互に積層した構造を有する中間層のため、中間
層を構成する各層を薄くすることができ、また、短繊維
紡績糸が熱による伸縮を吸収するため積層間の剥離が発
生しにくい効果を有する。本発明の構成は、上記の層構
造を１単位とし繰り返し積層しても良い。
ートを交互に積層した構造を有する中間層のため、中間
層を構成する各層を薄くすることができ、また、短繊維
紡績糸が熱による伸縮を吸収するため積層間の剥離が発
生しにくい効果を有する。本発明の構成は、上記の層構
造を１単位とし繰り返し積層しても良い。
【００１３】
【発明の概要】以下、本発明をその構成に基づいて説明
する。本発明において使用される炭素繊維は、石油系ピ
ッチ、石炭系ピッチ、リグニン系ピッチ及び芳香族系合
成ピッチからなる群より選ばれる等方性ピッチから得ら
れた繊維、ポリアクリロニトリル繊維、レーヨン繊維、
フェノール樹脂繊維から常法に従い誘導されたものであ
る。
する。本発明において使用される炭素繊維は、石油系ピ
ッチ、石炭系ピッチ、リグニン系ピッチ及び芳香族系合
成ピッチからなる群より選ばれる等方性ピッチから得ら
れた繊維、ポリアクリロニトリル繊維、レーヨン繊維、
フェノール樹脂繊維から常法に従い誘導されたものであ
る。
【００１４】本発明における炭素繊維短繊維紡績糸シー
トは、炭素繊維短繊維紡績糸の不織布、織物、編み物、
一方向配向シート等のいずれの形態でも良い。嵩高性
や、経糸および緯糸がそれぞれ拘束して繊維の解れを防
止する点から、特に織物が好ましい。短繊維紡績糸であ
ることによって、解れたときにシートもしくはヤーン単
位で分離するため、皮膚に対する刺激が少ない。これに
よって使用時、製造時に於いて応力集中の吸収と変形防
止の効果がある。また織物であることによって、ヤーン
相互の拘束が強くこのため繊維の解れを防止する効果が
ある。
トは、炭素繊維短繊維紡績糸の不織布、織物、編み物、
一方向配向シート等のいずれの形態でも良い。嵩高性
や、経糸および緯糸がそれぞれ拘束して繊維の解れを防
止する点から、特に織物が好ましい。短繊維紡績糸であ
ることによって、解れたときにシートもしくはヤーン単
位で分離するため、皮膚に対する刺激が少ない。これに
よって使用時、製造時に於いて応力集中の吸収と変形防
止の効果がある。また織物であることによって、ヤーン
相互の拘束が強くこのため繊維の解れを防止する効果が
ある。
【００１５】炭素繊維短繊維紡績糸織物の組織は、平織
り、綾織り、朱子織りの何れでも良い。通常は、織物の
経糸、緯糸共に炭素繊維の紡績糸にて構成されているも
のが使用される。炭素繊維短繊維紡績糸織物の配向は、
高温加圧成型炉部材の周方向と経糸又は緯糸が一致する
ように配設するのが好ましい。炭素繊維短繊維紡績糸織
物は紡績糸と連続繊維束の双方から構成される織物を使
用することが出来る。この場合連続繊維束を経糸として
使用し緯糸に紡績糸を使用した織物であり、連続繊維束
で構成された経糸が円筒の周方向に配向する様に配置す
るのがよい。また、連続繊維束と短繊維紡績糸とからな
る織物にて構成した場合、炭素繊維シートにおける短繊
維紡績糸が表面に露出している織物であることが好まし
い。
り、綾織り、朱子織りの何れでも良い。通常は、織物の
経糸、緯糸共に炭素繊維の紡績糸にて構成されているも
のが使用される。炭素繊維短繊維紡績糸織物の配向は、
高温加圧成型炉部材の周方向と経糸又は緯糸が一致する
ように配設するのが好ましい。炭素繊維短繊維紡績糸織
物は紡績糸と連続繊維束の双方から構成される織物を使
用することが出来る。この場合連続繊維束を経糸として
使用し緯糸に紡績糸を使用した織物であり、連続繊維束
で構成された経糸が円筒の周方向に配向する様に配置す
るのがよい。また、連続繊維束と短繊維紡績糸とからな
る織物にて構成した場合、炭素繊維シートにおける短繊
維紡績糸が表面に露出している織物であることが好まし
い。
【００１６】炭素繊維短繊維紡績糸シートの目付は１０
０〜５００ｇ／ｍ2のものが好適である。その理由は１
００ｇ／ｍ2未満では、シートが薄くなり、巻回積層に
時間がかかり、また層間剥離が生じ易くなり量産には不
向きである。一方、５００ｇ／ｍ2を超えると一層毎の
厚みが増し、巻回積層時に層間剥離が生じ易くなると共
に、プリプレグの製造時に溶剤除去が困難になり、硬化
時或いは炭素化時に層間剥離の原因となるからである。
０〜５００ｇ／ｍ2のものが好適である。その理由は１
００ｇ／ｍ2未満では、シートが薄くなり、巻回積層に
時間がかかり、また層間剥離が生じ易くなり量産には不
向きである。一方、５００ｇ／ｍ2を超えると一層毎の
厚みが増し、巻回積層時に層間剥離が生じ易くなると共
に、プリプレグの製造時に溶剤除去が困難になり、硬化
時或いは炭素化時に層間剥離の原因となるからである。
【００１７】この炭素繊維短繊維紡績糸シートに用いる
炭素繊維紡績糸は、原料有機繊維から炭素繊維に至るい
ずれかの段階で短繊維となし、これを紡績して紡績糸と
したものを、製織及び炭化することにより得られる。
炭素繊維紡績糸は、原料有機繊維から炭素繊維に至るい
ずれかの段階で短繊維となし、これを紡績して紡績糸と
したものを、製織及び炭化することにより得られる。
【００１８】例えば、代表的な炭素繊維であるアクリル
系炭素繊維紡績糸の場合、原料有機繊維であるアクリロ
ニトリル繊維を酸化性雰囲気中で耐炎化処理後切断工程
を経て耐炎繊維の紡績糸となし、次いで不活性雰囲気中
で炭化することにより得られる。ｂ
系炭素繊維紡績糸の場合、原料有機繊維であるアクリロ
ニトリル繊維を酸化性雰囲気中で耐炎化処理後切断工程
を経て耐炎繊維の紡績糸となし、次いで不活性雰囲気中
で炭化することにより得られる。ｂ
【００１９】特に、炭素繊維短繊維紡績糸織物は、先ず
炭素化する前の耐炎化糸を短繊維に切断し、紡績糸とし
た後に織物とし、この織物を１０００℃以上の不活性雰
囲気中にて焼成して炭素化した場合に、伸縮性に富み、
また柔軟性を有しドレープ性も高い織物が得られる。
炭素化する前の耐炎化糸を短繊維に切断し、紡績糸とし
た後に織物とし、この織物を１０００℃以上の不活性雰
囲気中にて焼成して炭素化した場合に、伸縮性に富み、
また柔軟性を有しドレープ性も高い織物が得られる。
【００２０】本発明における連続繊維シートは、一方向
配向シート、織物等である。一方向配向連続繊維シート
は、炭素繊維の連続繊維が一方向に配向した、所謂ＵＤ
シートである。織物は、炭素繊維の連続繊維束を平織
り、綾織り、朱子織りにした炭素繊維織物シートであ
る。使用する炭素繊維の引張強度は３GPa、弾性率は２
００GPa以上のものが好ましい。これは、引張強度につ
いては耐圧容器、例えばセラミックス焼結用容器では、
温度１０００〜２０００℃、円筒内部に圧力１０〜３０
MPaがかかるからである。
配向シート、織物等である。一方向配向連続繊維シート
は、炭素繊維の連続繊維が一方向に配向した、所謂ＵＤ
シートである。織物は、炭素繊維の連続繊維束を平織
り、綾織り、朱子織りにした炭素繊維織物シートであ
る。使用する炭素繊維の引張強度は３GPa、弾性率は２
００GPa以上のものが好ましい。これは、引張強度につ
いては耐圧容器、例えばセラミックス焼結用容器では、
温度１０００〜２０００℃、円筒内部に圧力１０〜３０
MPaがかかるからである。
【００２１】一方向炭素繊維シートの繊維目付は１００
〜５００ｇ／ｍ2のものが望ましい。この理由として
は、目付が１００ｇ／ｍ2未満では、プリプレグ製造時
に目開きが発生しやすく、Ｃ／Ｃ製造時或いは使用時に
層間剥離等が生じ強度上問題となる。一方、５００ｇ／
ｍ2を超えると厚さが増し、プリプレグの製造時に溶剤
除去が困難になり、硬化時或いは炭素化時に層間剥離の
原因となるからである。
〜５００ｇ／ｍ2のものが望ましい。この理由として
は、目付が１００ｇ／ｍ2未満では、プリプレグ製造時
に目開きが発生しやすく、Ｃ／Ｃ製造時或いは使用時に
層間剥離等が生じ強度上問題となる。一方、５００ｇ／
ｍ2を超えると厚さが増し、プリプレグの製造時に溶剤
除去が困難になり、硬化時或いは炭素化時に層間剥離の
原因となるからである。
【００２２】本発明におけるプリプレグは、後の熱処理
でＣ／Ｃのマトリックスを構成する熱分解炭素質を誘導
する熱硬化性樹脂等の樹脂を、例えば、含浸浴と呼ばれ
る装置を通過させることで予め均一に炭素繊維シートに
付着せしめたものである。樹脂を均一に付着させる方法
は様々な方法があり、限定されない。プリプレグの製造
方法は、炭素繊維がシートを形成する前に均一に樹脂を
付着せしめた炭素繊維をシート状に加工する方法。炭素
繊維をシート状に加工した後に、均一に樹脂を付着せし
める方法とがある。
でＣ／Ｃのマトリックスを構成する熱分解炭素質を誘導
する熱硬化性樹脂等の樹脂を、例えば、含浸浴と呼ばれ
る装置を通過させることで予め均一に炭素繊維シートに
付着せしめたものである。樹脂を均一に付着させる方法
は様々な方法があり、限定されない。プリプレグの製造
方法は、炭素繊維がシートを形成する前に均一に樹脂を
付着せしめた炭素繊維をシート状に加工する方法。炭素
繊維をシート状に加工した後に、均一に樹脂を付着せし
める方法とがある。
【００２３】以下、本発明において用いられる炭素繊維
短繊維紡績糸シート或いは連続繊維シート等の炭素繊維
シートには、炭素繊維のみから構成されるシート及び炭
素繊維と樹脂等から構成されるプリプレグの双方、もし
くはどちらか一方を表すものとする。
短繊維紡績糸シート或いは連続繊維シート等の炭素繊維
シートには、炭素繊維のみから構成されるシート及び炭
素繊維と樹脂等から構成されるプリプレグの双方、もし
くはどちらか一方を表すものとする。
【００２４】本発明において熱分解炭素質とは、フェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド
樹脂、ポリエーテル樹脂、ビスマレイミド樹脂、トリア
ジン樹脂等の熱硬化性樹脂、等方性ピッチ、異方性ピッ
チ等の有機化合物が不活性雰囲気中で熱処理されること
によって生じる主に炭素からなる無定形炭素並びに黒鉛
のことである。
ール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド
樹脂、ポリエーテル樹脂、ビスマレイミド樹脂、トリア
ジン樹脂等の熱硬化性樹脂、等方性ピッチ、異方性ピッ
チ等の有機化合物が不活性雰囲気中で熱処理されること
によって生じる主に炭素からなる無定形炭素並びに黒鉛
のことである。
【００２５】以上の樹脂や有機化合物は熱分解時の炭素
収率が高いものが好ましく、５０％以上となるものがよ
り好ましい。また、３０％以下のものを用いると、熱分
解時の急激な体積の減少やマトリックスの形態保持効果
の低下に伴い、変形が起こりやすくなる。熱分解炭素質
からなるマトリックスは、無定形であっても黒鉛であっ
ても良いが、使用する温度と環境により黒鉛である方が
耐久性が増加するため好ましい。
収率が高いものが好ましく、５０％以上となるものがよ
り好ましい。また、３０％以下のものを用いると、熱分
解時の急激な体積の減少やマトリックスの形態保持効果
の低下に伴い、変形が起こりやすくなる。熱分解炭素質
からなるマトリックスは、無定形であっても黒鉛であっ
ても良いが、使用する温度と環境により黒鉛である方が
耐久性が増加するため好ましい。
【００２６】Ｃ／Ｃの製造においては、炭素繊維シート
とフェノール樹脂等前記熱硬化性樹脂からなるプリフォ
ームを熱硬化並びに不活性雰囲気中で炭化または黒鉛化
処理を行い、更に密度を上げるため、炭化、黒鉛化する
際に熱硬化性樹脂の熱分解によって生じた空隙に再び樹
脂やピッチを含浸しおよび／またはＣＶＩによって炭
化、黒鉛化し、緻密化処理を複数回繰り返すことが行わ
れる。
とフェノール樹脂等前記熱硬化性樹脂からなるプリフォ
ームを熱硬化並びに不活性雰囲気中で炭化または黒鉛化
処理を行い、更に密度を上げるため、炭化、黒鉛化する
際に熱硬化性樹脂の熱分解によって生じた空隙に再び樹
脂やピッチを含浸しおよび／またはＣＶＩによって炭
化、黒鉛化し、緻密化処理を複数回繰り返すことが行わ
れる。
【００２７】一方向炭素繊維シート、炭素繊維短繊維紡
績糸シート共に目付の低いものを多層巻回積層するのが
上記の熱処理中における層間剥離を防止する点で好まし
い。また、一方向炭素繊維シート／炭素繊維短繊維紡績
糸シートの目付の比は、特に問題とはならないが、上記
目付で得られる最大比と最小比という観点から「１／
（１〜５）」が望ましい。
績糸シート共に目付の低いものを多層巻回積層するのが
上記の熱処理中における層間剥離を防止する点で好まし
い。また、一方向炭素繊維シート／炭素繊維短繊維紡績
糸シートの目付の比は、特に問題とはならないが、上記
目付で得られる最大比と最小比という観点から「１／
（１〜５）」が望ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明のＣ/Ｃからなる高温加圧
成型炉部材の積層構成を図面によって説明する。図１
は、本発明のＣ/Ｃからなる高温加圧成型炉部材の断面
概念図を示したものである。図１において各部位は次の
通りである。 Ａ：外層、Ｂ：中間層、Ｃ：内層 ＡとＣに炭素繊維短繊維紡績糸織物を用いる場合は、織
物の経糸或いは緯糸の方向が、円筒状の部材の軸方向に
対し０度（軸方向）或いは９０度方向に一致するように
配設するのがよい。
成型炉部材の積層構成を図面によって説明する。図１
は、本発明のＣ/Ｃからなる高温加圧成型炉部材の断面
概念図を示したものである。図１において各部位は次の
通りである。 Ａ：外層、Ｂ：中間層、Ｃ：内層 ＡとＣに炭素繊維短繊維紡績糸織物を用いる場合は、織
物の経糸或いは緯糸の方向が、円筒状の部材の軸方向に
対し０度（軸方向）或いは９０度方向に一致するように
配設するのがよい。
【００２９】織物の打ち込み本数が経糸と緯糸で異なる
場合は、打ち込み本数が多い方を円筒の周方向に一致さ
せるように配設するのがよい。これは、使用時には円筒
の周方向に力が掛かるからであり、この力を効率よく吸
収するには、円筒の周方向の繊維配列をより密にする方
が効果的であるとの理由による。巻回時の生産効率の面
から、緯糸より経糸の織り密度が高い織物を用いるのが
好ましい。
場合は、打ち込み本数が多い方を円筒の周方向に一致さ
せるように配設するのがよい。これは、使用時には円筒
の周方向に力が掛かるからであり、この力を効率よく吸
収するには、円筒の周方向の繊維配列をより密にする方
が効果的であるとの理由による。巻回時の生産効率の面
から、緯糸より経糸の織り密度が高い織物を用いるのが
好ましい。
【００３０】Ｂは、炭素繊維短繊維紡績糸シートと連続
繊維シートとが、一層ごとに交互になるように積層され
た複合強化層であり、しかも各層は連続し少なくとも一
周以上、巻回していることが必要である。その理由は一
周以上巻回させなければ、高内圧が負荷したときに膨張
に耐えられず、耐圧炉部材として役割を果たさないから
である。この中間層には、第三成分として嵩高い不織布
等を更に加えることもできる。
繊維シートとが、一層ごとに交互になるように積層され
た複合強化層であり、しかも各層は連続し少なくとも一
周以上、巻回していることが必要である。その理由は一
周以上巻回させなければ、高内圧が負荷したときに膨張
に耐えられず、耐圧炉部材として役割を果たさないから
である。この中間層には、第三成分として嵩高い不織布
等を更に加えることもできる。
【００３１】Ａ、Ｂ及びＣは共に、繊維間には炭素質マ
トリックスが充填されている。炭素繊維を強化繊維と
し、炭素をマトリックスとするいわゆるＣ／Ｃは、１回
の炭素化だけでは、嵩密度（重量の見かけ体積に対する
比）が低く、この嵩密度を高めるために樹脂含浸と焼成
炭素化を繰り返す工程、即ち緻密化工程が行われる。
トリックスが充填されている。炭素繊維を強化繊維と
し、炭素をマトリックスとするいわゆるＣ／Ｃは、１回
の炭素化だけでは、嵩密度（重量の見かけ体積に対する
比）が低く、この嵩密度を高めるために樹脂含浸と焼成
炭素化を繰り返す工程、即ち緻密化工程が行われる。
【００３２】この緻密化工程は製造時間、コストを要す
るために、初期嵩密度（最初の焼成炭素化時の嵩密度）
を高めることが重要である。初期嵩密度が高ければ高い
ほど、目標嵩密度達成に要する緻密化回数が減らす事が
でき、時間と経費の節減になる。
るために、初期嵩密度（最初の焼成炭素化時の嵩密度）
を高めることが重要である。初期嵩密度が高ければ高い
ほど、目標嵩密度達成に要する緻密化回数が減らす事が
でき、時間と経費の節減になる。
【００３３】本発明のＣ／Ｃからなる円筒状の高温加圧
成型炉部材の製造方法について説明する。本発明の強化
材に対する樹脂の含浸は、所定の構成に強化材繊維を配
設後、加圧含浸によって樹脂を浸透させてもよいが、マ
トリックス樹脂を含浸させた不織布或いは織物、編み
物、一方向配向シートから構成される、いわゆるプリプ
レグを使用し所望の積層構成に巻回積層するのがよい。
成型炉部材の製造方法について説明する。本発明の強化
材に対する樹脂の含浸は、所定の構成に強化材繊維を配
設後、加圧含浸によって樹脂を浸透させてもよいが、マ
トリックス樹脂を含浸させた不織布或いは織物、編み
物、一方向配向シートから構成される、いわゆるプリプ
レグを使用し所望の積層構成に巻回積層するのがよい。
【００３４】プリプレグの製造は、マトリックス樹脂の
特性に応じ、通常一般に採用されている溶剤法又はホッ
トメルト法にて製造することが出来る。マトリックス樹
脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、ビスマレイ
ミド系樹脂等の熱硬化性樹脂、および、ポリエーテルエ
ーテルケトン、石油系或いは石炭系のピッチなどの熱可
塑性樹脂が使用できる。製造面からは、最初の成形時に
は熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。緻密化時の含
浸樹脂としては熱可塑性樹脂を用いることもできる。
特性に応じ、通常一般に採用されている溶剤法又はホッ
トメルト法にて製造することが出来る。マトリックス樹
脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、ビスマレイ
ミド系樹脂等の熱硬化性樹脂、および、ポリエーテルエ
ーテルケトン、石油系或いは石炭系のピッチなどの熱可
塑性樹脂が使用できる。製造面からは、最初の成形時に
は熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。緻密化時の含
浸樹脂としては熱可塑性樹脂を用いることもできる。
【００３５】プリフォームの成形は例えば、以下の方法
で行うことができる。まず、炭素繊維短繊維紡績糸シー
トに熱硬化性樹脂を含浸させた織物プリプレグをマンド
レル表面の周方向に巻回積層し、これを内層（Ｃ）とす
る。次に、内層部の上に、内層と同様に熱硬化性樹脂を
含浸させた炭素繊維連続繊維シートと、内層と同一の炭
素繊維短繊維紡績糸シートとを重ねあわせ複合し、これ
を巻回積層し複合層の中間層（Ｂ）とする。最後にもう
一度、内層と同一の炭素繊維短繊維紡績糸織物のみから
なる層を中間層の上から１層以上、所定の厚さまで巻回
積層して、外層（Ａ）とする。
で行うことができる。まず、炭素繊維短繊維紡績糸シー
トに熱硬化性樹脂を含浸させた織物プリプレグをマンド
レル表面の周方向に巻回積層し、これを内層（Ｃ）とす
る。次に、内層部の上に、内層と同様に熱硬化性樹脂を
含浸させた炭素繊維連続繊維シートと、内層と同一の炭
素繊維短繊維紡績糸シートとを重ねあわせ複合し、これ
を巻回積層し複合層の中間層（Ｂ）とする。最後にもう
一度、内層と同一の炭素繊維短繊維紡績糸織物のみから
なる層を中間層の上から１層以上、所定の厚さまで巻回
積層して、外層（Ａ）とする。
【００３６】また、後に続く熱処理時の変形を防止する
ために、最外周に炭素繊維連続繊維シートを巻回積層す
ることも出来る。この場合、最終的に機械加工でその部
分を必ず取り除かなければならない。これは、取り除か
ない場合、繊維のささくれ立ちが発生するため、本発明
の目的を達せられないからである。
ために、最外周に炭素繊維連続繊維シートを巻回積層す
ることも出来る。この場合、最終的に機械加工でその部
分を必ず取り除かなければならない。これは、取り除か
ない場合、繊維のささくれ立ちが発生するため、本発明
の目的を達せられないからである。
【００３７】炭素繊維強化樹脂の成形は、樹脂含浸した
プリフォームを、必要に応じ溶媒除去を行なった後、加
熱処理（硬化処理）を行ない、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）
製円筒体を得る。この溶媒除去、並びに硬化処理の際に
成形体を回転させることで、樹脂の軟化によるフロー、
嵩密度の斑の発生による、層間剥離や変形等を防止する
ことが可能である。
プリフォームを、必要に応じ溶媒除去を行なった後、加
熱処理（硬化処理）を行ない、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）
製円筒体を得る。この溶媒除去、並びに硬化処理の際に
成形体を回転させることで、樹脂の軟化によるフロー、
嵩密度の斑の発生による、層間剥離や変形等を防止する
ことが可能である。
【００３８】プリフォームの繊維体積含有率(Ｖｆ)は２
５％以上が好ましい。なぜならば、Ｖｆが２５％未満に
なると、耐圧性が減少し所望の強度が得られにくくな
り、更に初期嵩密度が小さくなりすぎるため、緻密化工
程を増加させなければならないばかりでなく、炭素化後
の加工時に層間剥離が起きやすくなる。
５％以上が好ましい。なぜならば、Ｖｆが２５％未満に
なると、耐圧性が減少し所望の強度が得られにくくな
り、更に初期嵩密度が小さくなりすぎるため、緻密化工
程を増加させなければならないばかりでなく、炭素化後
の加工時に層間剥離が起きやすくなる。
【００３９】また、この時の嵩密度は０．５ｇ／ｃｍ3
以上にすることが望ましい。なぜならば、Ｖｆ＝２５％
以上を保持させるためには、嵩密度を０．５ｇ／ｃｍ3
以上にしなければならないからである。
以上にすることが望ましい。なぜならば、Ｖｆ＝２５％
以上を保持させるためには、嵩密度を０．５ｇ／ｃｍ3
以上にしなければならないからである。
【００４０】なお、このＦＲＰ製円筒体の特性として、
全層に亘って層間剥離の無いこと、円筒の軸方向および
周方向に変形の無いこと、基本的に真円状中空円筒であ
ることなどがあげられる。
全層に亘って層間剥離の無いこと、円筒の軸方向および
周方向に変形の無いこと、基本的に真円状中空円筒であ
ることなどがあげられる。
【００４１】プリフォームのマトリックスの炭素化は、
上述したＦＲＰ製円筒体を所定の高さにカットした後、
またはそのままカットせずに、不活性雰囲気中で焼成
（７００〜１３００℃）する事によって行う。
上述したＦＲＰ製円筒体を所定の高さにカットした後、
またはそのままカットせずに、不活性雰囲気中で焼成
（７００〜１３００℃）する事によって行う。
【００４２】緻密化処理は、通常のＣ／Ｃの緻密化処理
に準じて行うことが出来る。即ち、炭素化または、黒鉛
化処理を行った円筒体にピッチ、フェノール樹脂、フラ
ン樹脂等の含浸と焼成の繰り返し、もしくは化学気相含
浸法（ＣＶＩ）との組み合わせによってよって行われ、
嵩密度を１．３ｇ／ｃｍ3以上にまですることが望まし
い。この緻密化によって、高温加圧成型炉での使用に耐
えうるだけの強度が得られる。なお、Ｃ／Ｃは一般的
に、嵩密度を向上させることにより強度が増加すること
が知られている。また、嵩密度が１．３ｇ／ｃｍ3未満
では、多孔質のため、使用中にセラミック粉末などが空
隙に入り、部材の破損を生じることがある。
に準じて行うことが出来る。即ち、炭素化または、黒鉛
化処理を行った円筒体にピッチ、フェノール樹脂、フラ
ン樹脂等の含浸と焼成の繰り返し、もしくは化学気相含
浸法（ＣＶＩ）との組み合わせによってよって行われ、
嵩密度を１．３ｇ／ｃｍ3以上にまですることが望まし
い。この緻密化によって、高温加圧成型炉での使用に耐
えうるだけの強度が得られる。なお、Ｃ／Ｃは一般的
に、嵩密度を向上させることにより強度が増加すること
が知られている。また、嵩密度が１．３ｇ／ｃｍ3未満
では、多孔質のため、使用中にセラミック粉末などが空
隙に入り、部材の破損を生じることがある。
【００４３】更に、緻密化工程中及び或いは緻密化終了
後に、高温の熱処理、即ち黒鉛化処理（１６００〜３０
００℃）を行なう。この熱処理温度は、高温加圧成型炉
部材として使用する際に、雰囲気の汚染或いは変形を防
ぐ点から１６００℃以上が好ましい。
後に、高温の熱処理、即ち黒鉛化処理（１６００〜３０
００℃）を行なう。この熱処理温度は、高温加圧成型炉
部材として使用する際に、雰囲気の汚染或いは変形を防
ぐ点から１６００℃以上が好ましい。
【００４４】本発明に使用される織物、一方向配向シー
ト等の構成要素である炭素繊維は、Ｃ／Ｃの製造に使用
される前に、上記の熱処理温度以上の温度で既に熱処理
されていることが望ましい。炭素繊維は高温に暴露され
ると、黒鉛構造の発展により伸長或いは変形する場合が
あり、円筒状に成形されている場合には、変形或いは層
間剥離が生じる場合がある。
ト等の構成要素である炭素繊維は、Ｃ／Ｃの製造に使用
される前に、上記の熱処理温度以上の温度で既に熱処理
されていることが望ましい。炭素繊維は高温に暴露され
ると、黒鉛構造の発展により伸長或いは変形する場合が
あり、円筒状に成形されている場合には、変形或いは層
間剥離が生じる場合がある。
【００４５】以下、本発明の実施例および比較例を説明
する。
する。
【実施例】ポリアクリロニトリル繊維を酸化処理して得
た耐炎化繊維を短繊維に切断し、紡績および製織した耐
炎繊維織物（東邦レーヨン（株）製 ８枚朱子紡績糸織
物商品名：パイロメックスクロス Ｗ０２２１）を不活
性雰囲気中、２０００℃にて焼成し、炭素繊維短繊維紡
績糸織物とした。この炭素繊維短繊維紡績糸織物をフェ
ノール樹脂（住友デュレズ（株）製 商品名：スミライ
トＰＲ−９４８０）のメタノール（関東化学（株）製）
溶液（濃度６０％）中に浸漬し、炭素繊維短繊維紡績糸
織物プリプレグ（樹脂含浸量：３３％、繊維目付：３０
０ｇ／ｍ2、厚さ：０．８ｍｍ）とした。
た耐炎化繊維を短繊維に切断し、紡績および製織した耐
炎繊維織物（東邦レーヨン（株）製 ８枚朱子紡績糸織
物商品名：パイロメックスクロス Ｗ０２２１）を不活
性雰囲気中、２０００℃にて焼成し、炭素繊維短繊維紡
績糸織物とした。この炭素繊維短繊維紡績糸織物をフェ
ノール樹脂（住友デュレズ（株）製 商品名：スミライ
トＰＲ−９４８０）のメタノール（関東化学（株）製）
溶液（濃度６０％）中に浸漬し、炭素繊維短繊維紡績糸
織物プリプレグ（樹脂含浸量：３３％、繊維目付：３０
０ｇ／ｍ2、厚さ：０．８ｍｍ）とした。
【００４６】次に、炭素繊維（東邦レーヨン（株）製炭
素繊維 商品名：ベスファイトＵＭ４０−６Ｋ）にフェ
ノール樹脂（住友デュレズ(株)製 商品名：スミライト
ＰＲ−９４８０）のメタノール（関東化学(株)製）溶液
を含浸し一方向配向炭素繊維シートプリプレグ（樹脂含
有量：３３％、繊維目付 ２５０ｇ／ｍ2、厚さ ０．
２ｍｍ）とした。
素繊維 商品名：ベスファイトＵＭ４０−６Ｋ）にフェ
ノール樹脂（住友デュレズ(株)製 商品名：スミライト
ＰＲ−９４８０）のメタノール（関東化学(株)製）溶液
を含浸し一方向配向炭素繊維シートプリプレグ（樹脂含
有量：３３％、繊維目付 ２５０ｇ／ｍ2、厚さ ０．
２ｍｍ）とした。
【００４７】外径２８０ｍｍ、長さ４００ｍｍのマンド
レルに炭素繊維短繊維紡績糸織物プリプレグを、マンド
レルの周方向と経糸方向とが一致するように１１層巻回
積層した。
レルに炭素繊維短繊維紡績糸織物プリプレグを、マンド
レルの周方向と経糸方向とが一致するように１１層巻回
積層した。
【００４８】続いて炭素繊維短繊維紡績糸織物プリプレ
グと一方向配向炭素繊維シートプリプレグとを、紡績糸
織物の経糸の方向と連続繊維の配向方向とが一致するよ
うに重ね、連続して巻回し、一方向配向炭素繊維シート
層が１９層となるように巻回積層した複合強化層とし
た。更に、炭素繊維短繊維紡績糸織物プリプレグを連続
して１１層巻回積層した。
グと一方向配向炭素繊維シートプリプレグとを、紡績糸
織物の経糸の方向と連続繊維の配向方向とが一致するよ
うに重ね、連続して巻回し、一方向配向炭素繊維シート
層が１９層となるように巻回積層した複合強化層とし
た。更に、炭素繊維短繊維紡績糸織物プリプレグを連続
して１１層巻回積層した。
【００４９】その結果、マンドレル面から外層まで炭素
繊維短繊維紡績糸織物プリプレグが連続しており、中間
に一方向配向炭素繊維シート層が１９層巻き込まれた構
成の円筒状プリフォームを得た。後に行われる熱処理時
における変形、層間剥離を予防するため、このプリフォ
ームの外側に一方向配向炭素繊維シートプリプレグを２
層巻回積層した。
繊維短繊維紡績糸織物プリプレグが連続しており、中間
に一方向配向炭素繊維シート層が１９層巻き込まれた構
成の円筒状プリフォームを得た。後に行われる熱処理時
における変形、層間剥離を予防するため、このプリフォ
ームの外側に一方向配向炭素繊維シートプリプレグを２
層巻回積層した。
【００５０】その後、このプリフォームを３０℃〜９５
℃の間で３０分間昇温し、９５℃×１０時間はプリフォ
ームを回転させながら保持し、メタノールを除去した。
次いで、９５℃〜１００℃までを１５分間かけて昇温
し、その温度を３０分間保持する。更に、３時間で１４
０℃まで昇温させ、その温度を５時間維持した。この段
階でマンドレルを除去し円筒体とした。更に、１０時間
で室温から２５０℃まで昇温させ、その温度を５時間維
持して円筒状成形物を得た。この成形物の嵩密度は０．
７ｇ／ｃｍ3を有した。
℃の間で３０分間昇温し、９５℃×１０時間はプリフォ
ームを回転させながら保持し、メタノールを除去した。
次いで、９５℃〜１００℃までを１５分間かけて昇温
し、その温度を３０分間保持する。更に、３時間で１４
０℃まで昇温させ、その温度を５時間維持した。この段
階でマンドレルを除去し円筒体とした。更に、１０時間
で室温から２５０℃まで昇温させ、その温度を５時間維
持して円筒状成形物を得た。この成形物の嵩密度は０．
７ｇ／ｃｍ3を有した。
【００５１】そして、１０００℃による炭素化をおこな
った後、コールタールピッチ含浸・焼成を４回繰り返し
た。このコールタールピッチ含浸・焼成によって、嵩密
度は１．５ｇ／ｃｍ3を有した。その後、２０００℃に
よる黒鉛化処理を行ない、外周の一方向炭素繊維シート
を切削除去することで、円筒状のＣ／Ｃを得た。
った後、コールタールピッチ含浸・焼成を４回繰り返し
た。このコールタールピッチ含浸・焼成によって、嵩密
度は１．５ｇ／ｃｍ3を有した。その後、２０００℃に
よる黒鉛化処理を行ない、外周の一方向炭素繊維シート
を切削除去することで、円筒状のＣ／Ｃを得た。
【００５２】外周に巻回積層した一方向炭素繊維シート
により、熱処理時の変形、層間剥離が防止され、更に炭
素化、黒鉛化時の昇温速度を大きく取ることが出来たた
め、製造時間を大幅に短縮することが出来た。得られた
Ｃ／Ｃの嵩密度は１．４５ｇ／ｃｍ3、Ｖｆ＝３２％で
あった。得られた円筒状Ｃ／Ｃは、処理温度１８００
℃、最大内圧１０MPa、処理時間１時間のセラミックの焼
結に５０回使用したが、炭素繊維ストランドのささく
れ、層間の剥離、等の変形は認められなかった。
により、熱処理時の変形、層間剥離が防止され、更に炭
素化、黒鉛化時の昇温速度を大きく取ることが出来たた
め、製造時間を大幅に短縮することが出来た。得られた
Ｃ／Ｃの嵩密度は１．４５ｇ／ｃｍ3、Ｖｆ＝３２％で
あった。得られた円筒状Ｃ／Ｃは、処理温度１８００
℃、最大内圧１０MPa、処理時間１時間のセラミックの焼
結に５０回使用したが、炭素繊維ストランドのささく
れ、層間の剥離、等の変形は認められなかった。
【００５３】＜比較例１＞プリフォームを炭素繊維短繊
維紡績糸織物プリプレグだけを巻回積層して得た以外
は、実施例と同じ条件で円筒状Ｃ／Ｃを得た。得られた
円筒型Ｃ／Ｃは、嵩密度１．２ｇ／ｃｍ3、Ｖｆ＝２６
％ であったこの円筒型Ｃ/Ｃを、１８００℃、１０MPa
の圧力下で、繰り返し使用したところ、２回目で円筒状
Ｃ／Ｃは強度不足による変形を生じ、寸法が著しく変化
したためこれ以上の使用ができなかった。
維紡績糸織物プリプレグだけを巻回積層して得た以外
は、実施例と同じ条件で円筒状Ｃ／Ｃを得た。得られた
円筒型Ｃ／Ｃは、嵩密度１．２ｇ／ｃｍ3、Ｖｆ＝２６
％ であったこの円筒型Ｃ/Ｃを、１８００℃、１０MPa
の圧力下で、繰り返し使用したところ、２回目で円筒状
Ｃ／Ｃは強度不足による変形を生じ、寸法が著しく変化
したためこれ以上の使用ができなかった。
【００５４】＜比較例２＞プリフォームを、実施例の外
層部をなくした２層（炭素繊維短繊維紡績糸織物プリプ
レグの内層と、その上に炭素繊維短繊維紡績糸織物プリ
プレグと一方向配向炭素繊維シートの複合層を巻回積層
し、表面に一方向配向炭素繊維部が出るように配置され
た層）、とした以外は、実施例と同じ条件で円筒状Ｃ/
Ｃを得た。
層部をなくした２層（炭素繊維短繊維紡績糸織物プリプ
レグの内層と、その上に炭素繊維短繊維紡績糸織物プリ
プレグと一方向配向炭素繊維シートの複合層を巻回積層
し、表面に一方向配向炭素繊維部が出るように配置され
た層）、とした以外は、実施例と同じ条件で円筒状Ｃ/
Ｃを得た。
【００５５】得られた円筒状Ｃ／Ｃは、嵩密度１．４ｇ
／ｃｍ3、Ｖf＝３５％であった。この円筒状Ｃ／Ｃを、
１８００℃、１０MPaの圧力下で、繰り返し使用したと
ころ、寸法、重量等の変化は見られなかったが、時間経
過と共に表面がささくれ立ち、ストランドの端末が作業
者に刺さり、取り扱いの面で使用に耐えられなかった。
／ｃｍ3、Ｖf＝３５％であった。この円筒状Ｃ／Ｃを、
１８００℃、１０MPaの圧力下で、繰り返し使用したと
ころ、寸法、重量等の変化は見られなかったが、時間経
過と共に表面がささくれ立ち、ストランドの端末が作業
者に刺さり、取り扱いの面で使用に耐えられなかった。
【００５６】
【発明の効果】高温加圧下で、本発明品である高温加圧
成型炉部材を長時間繰り返し使用した場合においても、
寸法、重量等は、一方向配向炭素繊維を積層して得られ
た円筒状炭素繊維強化炭素複合材料とほぼ同じ程度であ
り、且つ、繰り返し使用によるものと思われる熱変形は
起生しないことが確認された。また、繊維表面のささく
れ立ち、繊維の長さ方向への亀裂の発生はまったく確認
されず、作業性が損なわれることも、強度低下の問題も
まったく生じなかった。また、Ａ層部の表面に炭素繊維
短繊維紡績糸シートを配置することにより、炭素繊維の
ささくれ立ちを抑制し、作業性を改善できた。また、周
方向に一方向配向炭素繊維シートが配置されているた
め、高内圧負荷時にも周方向への膨張・変形もなく、セ
ラミックス等の高温加圧成形用の型枠として有効であ
る。また、一方向配向炭素繊維シートが配置された層
は、短繊維紡績糸シートを重ねて巻回した複合層（交互
積層）であるため、層間剥離の発生も見られなかった。
生産性においても、従来のＦＷ法に対し、シート状物を
マンドレルに巻回する、即ちシート・ワインド成形する
ために、非常に生産性が高いものとなった。
成型炉部材を長時間繰り返し使用した場合においても、
寸法、重量等は、一方向配向炭素繊維を積層して得られ
た円筒状炭素繊維強化炭素複合材料とほぼ同じ程度であ
り、且つ、繰り返し使用によるものと思われる熱変形は
起生しないことが確認された。また、繊維表面のささく
れ立ち、繊維の長さ方向への亀裂の発生はまったく確認
されず、作業性が損なわれることも、強度低下の問題も
まったく生じなかった。また、Ａ層部の表面に炭素繊維
短繊維紡績糸シートを配置することにより、炭素繊維の
ささくれ立ちを抑制し、作業性を改善できた。また、周
方向に一方向配向炭素繊維シートが配置されているた
め、高内圧負荷時にも周方向への膨張・変形もなく、セ
ラミックス等の高温加圧成形用の型枠として有効であ
る。また、一方向配向炭素繊維シートが配置された層
は、短繊維紡績糸シートを重ねて巻回した複合層（交互
積層）であるため、層間剥離の発生も見られなかった。
生産性においても、従来のＦＷ法に対し、シート状物を
マンドレルに巻回する、即ちシート・ワインド成形する
ために、非常に生産性が高いものとなった。
【図１】本発明のＣ／Ｃからなる高温加圧成型炉部材の
断面概念図を示したものである。
断面概念図を示したものである。
Ａ：外層 Ｂ：中間層 Ｃ：内層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 繁井 哲郎 静岡県駿東郡長泉町上土狩234 東邦レー ヨン株式会社研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】周方向に巻回積層された炭素繊維シートの
強化層を有する炭素繊維強化炭素複合材料からなる円筒
状の高温加圧成型炉部材であり、且つ前記の強化層が少
なくとも３層にて構成され、内層と外層とが下記ａを巻
回積層した強化層で、中間層が下記ａとｂとを交互に巻
回積層した複合強化層であることを特徴とし、熱分解炭
素質をマトリックスとする高温加圧成型炉部材。 ａ：短繊維紡績糸から構成される炭素繊維シート ｂ：連続繊維又は連続繊維束を含む炭素繊維シート - 【請求項２】炭素繊維シートａが短繊維紡績糸織物であ
る請求項１記載の高温加圧成型炉部材。 - 【請求項３】炭素繊維シートａにおける短繊維紡績糸が
表面に露出している織物であることを特徴とする請求項
１記載の高温加圧成型炉部材。 - 【請求項４】炭素繊維シートａにおける短繊維紡績糸織
物の経糸又は緯糸が周方向に配向していることを特徴と
する請求項１記載の高温加圧成型炉部材。 - 【請求項５】炭素繊維シートｂが連続繊維又は連続繊維
束から構成される一方向配向シートもしくは織物である
請求項１記載の高温加圧成型炉部材。 - 【請求項６】炭素繊維シートｂを構成する連続繊維又は
連続繊維束が周方向に配向していることを特徴とする請
求項１記載の高温加圧成型炉部材。 - 【請求項７】周方向に巻回積層された炭素繊維シートで
強化されている炭素繊維強化炭素複合材料からなる円筒
状の高温加圧成型炉部材の製造方法において、ａをマン
ドレルに巻回して内層を形成した後、ａとｂを重ねたシ
ートを巻回して中間層を形成し、更にａを巻回して外層
を形成した後、プリフォーム作製時のいずれかの段階で
炭素繊維シート材に含浸した熱分解炭素質の前駆体とな
る樹脂を加熱硬化して少なくとも３層構造の円筒状物を
形成後、不活性雰囲気中で熱処理することを特徴とする
請求項１乃至請求項６記載の高温加圧成型炉部材の製造
方法。 ａ：短繊維紡績糸から構成される炭素繊維シート ｂ：連続繊維又は連続繊維束を含む炭素繊維シート
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08851899A JP4245725B2 (ja) | 1998-03-31 | 1999-03-30 | 炭素繊維強化炭素複合材料からなる高温加圧成型炉部材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10416298 | 1998-03-31 | ||
| JP10-104162 | 1998-03-31 | ||
| JP08851899A JP4245725B2 (ja) | 1998-03-31 | 1999-03-30 | 炭素繊維強化炭素複合材料からなる高温加圧成型炉部材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11343177A true JPH11343177A (ja) | 1999-12-14 |
| JP4245725B2 JP4245725B2 (ja) | 2009-04-02 |
Family
ID=26429882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08851899A Expired - Fee Related JP4245725B2 (ja) | 1998-03-31 | 1999-03-30 | 炭素繊維強化炭素複合材料からなる高温加圧成型炉部材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4245725B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006045442A (ja) * | 2004-08-09 | 2006-02-16 | Toho Tenax Co Ltd | 耐熱炭素繊維強化複合材料用プリフォーム及び耐熱炭素繊維強化複合材料の製造方法 |
| JP2013511413A (ja) * | 2009-11-23 | 2013-04-04 | アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー | 熱硬化性マトリックス中のｃｎｔ浸出繊維 |
| CN103879064A (zh) * | 2012-12-24 | 2014-06-25 | 明安国际企业股份有限公司 | 能避免信号阻隔的复合纤维外壳及其制造方法 |
| US8999453B2 (en) | 2010-02-02 | 2015-04-07 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Carbon nanotube-infused fiber materials containing parallel-aligned carbon nanotubes, methods for production thereof, and composite materials derived therefrom |
| US9017854B2 (en) | 2010-08-30 | 2015-04-28 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Structural energy storage assemblies and methods for production thereof |
| CN106917137A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-07-04 | 保定顺天新材料股份有限公司 | 碳碳薄壁筒及其制作工艺 |
| JP2018111640A (ja) * | 2017-01-13 | 2018-07-19 | 第一高周波工業株式会社 | 炭素材の接合方法 |
-
1999
- 1999-03-30 JP JP08851899A patent/JP4245725B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006045442A (ja) * | 2004-08-09 | 2006-02-16 | Toho Tenax Co Ltd | 耐熱炭素繊維強化複合材料用プリフォーム及び耐熱炭素繊維強化複合材料の製造方法 |
| JP2013511413A (ja) * | 2009-11-23 | 2013-04-04 | アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー | 熱硬化性マトリックス中のｃｎｔ浸出繊維 |
| US8999453B2 (en) | 2010-02-02 | 2015-04-07 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Carbon nanotube-infused fiber materials containing parallel-aligned carbon nanotubes, methods for production thereof, and composite materials derived therefrom |
| US9017854B2 (en) | 2010-08-30 | 2015-04-28 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Structural energy storage assemblies and methods for production thereof |
| US9907174B2 (en) | 2010-08-30 | 2018-02-27 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Structural energy storage assemblies and methods for production thereof |
| CN103879064A (zh) * | 2012-12-24 | 2014-06-25 | 明安国际企业股份有限公司 | 能避免信号阻隔的复合纤维外壳及其制造方法 |
| JP2018111640A (ja) * | 2017-01-13 | 2018-07-19 | 第一高周波工業株式会社 | 炭素材の接合方法 |
| CN106917137A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-07-04 | 保定顺天新材料股份有限公司 | 碳碳薄壁筒及其制作工艺 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4245725B2 (ja) | 2009-04-02 |
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