JPS62246864A - 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法Info
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- JPS62246864A JPS62246864A JP61089398A JP8939886A JPS62246864A JP S62246864 A JPS62246864 A JP S62246864A JP 61089398 A JP61089398 A JP 61089398A JP 8939886 A JP8939886 A JP 8939886A JP S62246864 A JPS62246864 A JP S62246864A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は炭素繊維強化炭素複合材料に関するものである
。詳しくはピッチ類をマトリックス原料として優れた性
能を有する炭素繊維強化炭素複合材料を製造する方法に
関するものである。
。詳しくはピッチ類をマトリックス原料として優れた性
能を有する炭素繊維強化炭素複合材料を製造する方法に
関するものである。
(従来の技術)
炭素繊維強化炭素複合材料(以下「C/C複合材」と略
す)は軽量、高強度であり耐熱、耐食性に優れていると
いう特徴を活してロケットノズル、ノーズコーン、航空
機のディスクブレーキなどの航空宇宙材料や発熱体、ホ
ットプレス鋳型、その他の機械部品、原子炉用部材等に
用いられている。
す)は軽量、高強度であり耐熱、耐食性に優れていると
いう特徴を活してロケットノズル、ノーズコーン、航空
機のディスクブレーキなどの航空宇宙材料や発熱体、ホ
ットプレス鋳型、その他の機械部品、原子炉用部材等に
用いられている。
従来0/C+複合材は予め炭素繊維に樹脂、ピッチ等の
有機物マトリックスを含浸しておき、成型・硬化させた
後、炭化・黒鉛化する方法、あるいは化学気相蒸着法に
より炭素繊維間に熱分解炭素を充填する方法で製造され
ている。
有機物マトリックスを含浸しておき、成型・硬化させた
後、炭化・黒鉛化する方法、あるいは化学気相蒸着法に
より炭素繊維間に熱分解炭素を充填する方法で製造され
ている。
これらの方法のうちピッチ類をマトリックス原料とする
方法は原料が安価であること、炭化収率が高いこと、炭
化の結果得られる炭素質が易黒鉛化性物質であシO/C
複合材の性能発視上好ましいものであるこ七、更には用
いる炭素槍維がピンチを原料とするものである場合には
織細とのなじみが良く繊維とマトリックスの接漕性が良
くなると言った利点を有している。しかしながら、一方
ではピッチ類は炭化時の膨張が著しく、そのためC10
複合材のマトリックスとして使用した場合にはc7a複
合材に焼きあげた時の保形性、寸法安定性が不良である
、ある員はO/C?、1合材の内部に多数の気孔、亀裂
が発生し、その後ピッチ含浸あるいは樹脂含浸−炭化の
緻密化工程を多数回繰返さなければ充分な性能を発現す
るに至らな匹といった欠点も有している。
方法は原料が安価であること、炭化収率が高いこと、炭
化の結果得られる炭素質が易黒鉛化性物質であシO/C
複合材の性能発視上好ましいものであるこ七、更には用
いる炭素槍維がピンチを原料とするものである場合には
織細とのなじみが良く繊維とマトリックスの接漕性が良
くなると言った利点を有している。しかしながら、一方
ではピッチ類は炭化時の膨張が著しく、そのためC10
複合材のマトリックスとして使用した場合にはc7a複
合材に焼きあげた時の保形性、寸法安定性が不良である
、ある員はO/C?、1合材の内部に多数の気孔、亀裂
が発生し、その後ピッチ含浸あるいは樹脂含浸−炭化の
緻密化工程を多数回繰返さなければ充分な性能を発現す
るに至らな匹といった欠点も有している。
(発明が解決しようとする問題点)
そこで従来ではピッチ類をマトリックス原料とした場合
のかかる欠点を回避する方法として成型後の炭化を、少
なくともピッチ類が炭XJ[化して強度を発現し始める
100〜700℃の温度まではオートクレーブ中加圧下
に行なうbわゆる加圧炭化と称される方法が採られて米
た、しかしながら、この様な方法を採ったとしてもピッ
チ類の膨張が完全に抑制されるものではなく、また炭化
のための装置が大規模、複雑なものになるといった問題
があった。
のかかる欠点を回避する方法として成型後の炭化を、少
なくともピッチ類が炭XJ[化して強度を発現し始める
100〜700℃の温度まではオートクレーブ中加圧下
に行なうbわゆる加圧炭化と称される方法が採られて米
た、しかしながら、この様な方法を採ったとしてもピッ
チ類の膨張が完全に抑制されるものではなく、また炭化
のための装置が大規模、複雑なものになるといった問題
があった。
(問題点を解決するための手段)
本発明者等は、上記の問題点を解決すべく鋭意検討した
結果、炭素繊維にピッチ類を含浸し、成型しfca、特
定の処理をするととlこよシ優れた性能を有するc7c
7合材が得られることを見い出し本発明に到達した。
結果、炭素繊維にピッチ類を含浸し、成型しfca、特
定の処理をするととlこよシ優れた性能を有するc7c
7合材が得られ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、かつ安定し
て高特性のC10複合材を製造する方法も提供するもの
である。
て高特性のC10複合材を製造する方法も提供するもの
である。
そして、その目的はピッチ類をマトリックス原料として
炭素繊維強化炭素複合材料を製造する方法において、炭
1g繊維にピッチ類を含浸して成型した後、得られた成
型体を酸化性雰囲気中で熱処理し、次いで炭化処理を行
なうことによシ達成される。
炭素繊維強化炭素複合材料を製造する方法において、炭
1g繊維にピッチ類を含浸して成型した後、得られた成
型体を酸化性雰囲気中で熱処理し、次いで炭化処理を行
なうことによシ達成される。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明で使用されるマトリックス原料としてのピッチ類
とは石炭タールピッチ、石油系残渣ピッチあるいは各種
合成ピッチ等から蒸留、熱処理、ニアブローイングある
いは溶剤処理、沈降分離による特定成分の抽出といった
方法で導びかれる成型に適した軟化温度を有する炭素質
歴青物質であり得るが、よシ具体的には、メトジー法に
よって得られる軟化点が/θ℃以上、好ましくは200
〜310℃の範囲にあり、かつ3θO℃における留出分
が10%未満であるピッチ類を用いるのが局着しい。
とは石炭タールピッチ、石油系残渣ピッチあるいは各種
合成ピッチ等から蒸留、熱処理、ニアブローイングある
いは溶剤処理、沈降分離による特定成分の抽出といった
方法で導びかれる成型に適した軟化温度を有する炭素質
歴青物質であり得るが、よシ具体的には、メトジー法に
よって得られる軟化点が/θ℃以上、好ましくは200
〜310℃の範囲にあり、かつ3θO℃における留出分
が10%未満であるピッチ類を用いるのが局着しい。
また炭素繊維としては特に限定されるものではなくポリ
アクリロニトリル系、ピッチ系参炭素繊維、あるいは気
相熱分解法による得られる炭素繊維等が使用することが
出来る。用いる炭′Jg繊維の形態としては、連続繊維
、短繊維、フェルト状あるいは織布状態等のものが用い
られる。
アクリロニトリル系、ピッチ系参炭素繊維、あるいは気
相熱分解法による得られる炭素繊維等が使用することが
出来る。用いる炭′Jg繊維の形態としては、連続繊維
、短繊維、フェルト状あるいは織布状態等のものが用い
られる。
また、繊維の使用量はc7a7合材の用途によって異な
るので一概に特定できないが、一般的には成型体の体積
に対して通常=θ〜7!チ、成型金型中に配列させるか
、あるいは金型中に繊維とピッチ類の粉末を交互に積層
してゆく方法等で配列される。炭素繊維およびピッチ類
が充填された金型はその後加熱ヒータを備えた加圧機に
IIII!置され、まず無加圧状態でピッチ・類を加熱
溶融する。加熱の程度は使用するピッチ類の軟化温度に
よって異なってくるものであるが、ピッチ類が炭素繊維
間に充分に浸透しうる様な低粘度を呈すまで、すなわち
、通常ピッチ類の軟化点よりもよ0〜160℃高い温度
まで加熱するのが好ましい。ピッチ類が溶融した後加圧
機によって所定の圧力、通常!〜iookg7,4の圧
力が印加され所定形状への成型が行なわれる。成型後金
型は冷却され、充分冷却した後圧力を解放して成型体が
得られる。
るので一概に特定できないが、一般的には成型体の体積
に対して通常=θ〜7!チ、成型金型中に配列させるか
、あるいは金型中に繊維とピッチ類の粉末を交互に積層
してゆく方法等で配列される。炭素繊維およびピッチ類
が充填された金型はその後加熱ヒータを備えた加圧機に
IIII!置され、まず無加圧状態でピッチ・類を加熱
溶融する。加熱の程度は使用するピッチ類の軟化温度に
よって異なってくるものであるが、ピッチ類が炭素繊維
間に充分に浸透しうる様な低粘度を呈すまで、すなわち
、通常ピッチ類の軟化点よりもよ0〜160℃高い温度
まで加熱するのが好ましい。ピッチ類が溶融した後加圧
機によって所定の圧力、通常!〜iookg7,4の圧
力が印加され所定形状への成型が行なわれる。成型後金
型は冷却され、充分冷却した後圧力を解放して成型体が
得られる。
本発明方法では得られた成型体を酸化性雰囲気中で熱処
理することがX*である。熱処理条件としては、通常6
O−4tjθ℃、好ましくは700〜330℃の範囲の
温度において7〜100時間好ましくは5〜30時間、
加熱処理する。
理することがX*である。熱処理条件としては、通常6
O−4tjθ℃、好ましくは700〜330℃の範囲の
温度において7〜100時間好ましくは5〜30時間、
加熱処理する。
処理温度は最初はピッチ類が軟化あるbは溶融しない温
度とし、その後段階的あるいは連続的に徐々に昇温する
のがよい。
度とし、その後段階的あるいは連続的に徐々に昇温する
のがよい。
酸化性雰囲気としては例えば空気、酸素、オゾン、塩素
、硫黄、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物などの酸
化性ガスを単独あるいは混合した状態で使用出来る。
、硫黄、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物などの酸
化性ガスを単独あるいは混合した状態で使用出来る。
また、これらの酸化性ガスを窒素等の不活性ガスで適宜
希釈して使用することも可能である。
希釈して使用することも可能である。
希釈の8度は酸化性ガスの種類によって異なるが例えば
、l!!!素、窒素酸化物、硫黄酸化物等の場合は酸化
性ガスが通常!〜j Ovol %で用いられる。酸化
性雰囲気中での熱処理が終了した成型体は次いで炭化処
理を行なう。炭化処理は常法により行なわれ、例えば成
型体をバッキングコークス中に埋め込んで炭化処理がな
される。
、l!!!素、窒素酸化物、硫黄酸化物等の場合は酸化
性ガスが通常!〜j Ovol %で用いられる。酸化
性雰囲気中での熱処理が終了した成型体は次いで炭化処
理を行なう。炭化処理は常法により行なわれ、例えば成
型体をバッキングコークス中に埋め込んで炭化処理がな
される。
さらに必要ならばピッチ含浸あるいは樹脂含浸−再炭化
の緻密化処理を繰返して行なえば、虐1−餘楽−粂を一
一段と緻密なC/C複合材を得ることが出来、又、必要
に応じて、黒鉛化処理を行なっても良い。
の緻密化処理を繰返して行なえば、虐1−餘楽−粂を一
一段と緻密なC/C複合材を得ることが出来、又、必要
に応じて、黒鉛化処理を行なっても良い。
(効 果)
本発明によれば、得られるC10複合材は炭化処理によ
る形状の崩れや寸法の変化も小さく、また気孔、亀裂の
発生が少ないため充分に高密度であり、従って優れた特
性を示すものである。
る形状の崩れや寸法の変化も小さく、また気孔、亀裂の
発生が少ないため充分に高密度であり、従って優れた特
性を示すものである。
以下、本発明を実施例に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シ、下記の実施例に限定され
るものではない。
明はその要旨をこえない限シ、下記の実施例に限定され
るものではない。
実施例1
厚さ211、幅1011+1長さコ30Iallの金型
中に3000フイラメントの炭素繊維束(引張強度+2
00 kg /In”、同弾性率/ j ton/mN
” )とコールタールピッチから熱処理によって得た軟
化点24tO℃のピッチの60メツシユ篩下の粉とを交
互に積層した。次いで加熱ヒータを備えた加圧機にこの
金型を載置し330℃まで加熱した。金型が330℃に
達してから75分後に加圧を開始しjOkg/aAの圧
力下に30分間保持し成型を行なった。その後金型を冷
却し常圧に戻して成型体を得た。得られた成型体の繊維
体積含有率は約jO%であシ、嵩滑度は八j″−g/d
であった。
中に3000フイラメントの炭素繊維束(引張強度+2
00 kg /In”、同弾性率/ j ton/mN
” )とコールタールピッチから熱処理によって得た軟
化点24tO℃のピッチの60メツシユ篩下の粉とを交
互に積層した。次いで加熱ヒータを備えた加圧機にこの
金型を載置し330℃まで加熱した。金型が330℃に
達してから75分後に加圧を開始しjOkg/aAの圧
力下に30分間保持し成型を行なった。その後金型を冷
却し常圧に戻して成型体を得た。得られた成型体の繊維
体積含有率は約jO%であシ、嵩滑度は八j″−g/d
であった。
に3−0℃に到達後20時間の保持を行なった。
この熱処理の結果得られた成型体の嵩密度は八(j/
II/−であり、熱処理による成型体の体積の変化は+
よ、−一であった。
II/−であり、熱処理による成型体の体積の変化は+
よ、−一であった。
次いでこの成型体をバッキングコークス中に埋め込みぶ
oo”c)、までは10℃/Hr、その後1000℃ま
では3θ’l:、 / Hrの割合で昇温して炭化処理
した。炭化処理による成型体の体積の変化は+7.0俤
であシ、また得られたc7c複合材の嵩密度はt、r、
t31//−であった。
oo”c)、までは10℃/Hr、その後1000℃ま
では3θ’l:、 / Hrの割合で昇温して炭化処理
した。炭化処理による成型体の体積の変化は+7.0俤
であシ、また得られたc7c複合材の嵩密度はt、r、
t31//−であった。
さらにこのa7a複合材をピッチ含浸し、再炭化するプ
ロセスをZ回繰返し緻密化されたa7c複合材の嵩密度
は/、4 J I / cdであった。また、緻密化処
理による複合材体αの変化は(′咥とんどlよかった。
ロセスをZ回繰返し緻密化されたa7c複合材の嵩密度
は/、4 J I / cdであった。また、緻密化処
理による複合材体αの変化は(′咥とんどlよかった。
このC/C複合材を長さgjlll+の試願片に切断し
、スパン問丸111!a Ow、歪速度/龍/IIux
で3点曲げ試験を行ない曲げ強度、同弾性率の・測定を
行なった。その結果3点の試験片の平均値として萌げ強
度37 kg / w、m”、同弾性率り、r ton
/u”であった。
、スパン問丸111!a Ow、歪速度/龍/IIux
で3点曲げ試験を行ない曲げ強度、同弾性率の・測定を
行なった。その結果3点の試験片の平均値として萌げ強
度37 kg / w、m”、同弾性率り、r ton
/u”であった。
実施例コ
実施例/と同じ条件で繊維体積含有率約!θチ、嵩密度
/、j3II/cI/Iの成型体を得た。この成型体を
空気に酸化窒素ガスjvo1%混合した酸化性雰囲気中
の/−0℃に加熱した炉内に載置し300℃の温度に至
るまでlθ”(、/ Hrの割合で昇温していった。さ
らに300℃に到達後70時間の保持を行なった。この
熱処理の結果得られた成型体の嵩密度は八6011/C
dであり、熱処理による成型体の体積の変化は+グ、6
チであった。
/、j3II/cI/Iの成型体を得た。この成型体を
空気に酸化窒素ガスjvo1%混合した酸化性雰囲気中
の/−0℃に加熱した炉内に載置し300℃の温度に至
るまでlθ”(、/ Hrの割合で昇温していった。さ
らに300℃に到達後70時間の保持を行なった。この
熱処理の結果得られた成型体の嵩密度は八6011/C
dであり、熱処理による成型体の体積の変化は+グ、6
チであった。
次いでこの成型体を実施例/と同じ条件で炭化処理した
。炭化処理による成型体の体積変化は+jJ%であり、
また得られたC/C複合材の嵩密度はれ41t 71/
−であった。さらにこの0/C複合材をピッチ含浸し、
再炭化するプロセスをり回繰返し、緻密化されたc7a
複合材を得た。この0/C複合材の嵩密度は八tag7
catであった。また、緻密化処理による複合相体積の
変化はほとんどなかった。
。炭化処理による成型体の体積変化は+jJ%であり、
また得られたC/C複合材の嵩密度はれ41t 71/
−であった。さらにこの0/C複合材をピッチ含浸し、
再炭化するプロセスをり回繰返し、緻密化されたc7a
複合材を得た。この0/C複合材の嵩密度は八tag7
catであった。また、緻密化処理による複合相体積の
変化はほとんどなかった。
とのC/C複合材の曲げ強度、同弾性率を実施例/と同
様にして測定した結果グ点の試験片の平均値としてそれ
ぞれZ/ん971m12.10.4tton/1lII
I2であった。
様にして測定した結果グ点の試験片の平均値としてそれ
ぞれZ/ん971m12.10.4tton/1lII
I2であった。
比較例
実施例/と同じ条件で繊維体槓含有率約jOチ、嵩密度
/、!217cdの成型体を得た。
/、!217cdの成型体を得た。
次いで酸化性≧;囲気中での熱処理を行なわないことを
除き実施例/と同様にしてこの成型体を炭化処理した結
果、嵩密度へ2λI/CdのC/C複合材が得られた。
除き実施例/と同様にしてこの成型体を炭化処理した結
果、嵩密度へ2λI/CdのC/C複合材が得られた。
炭化処理による成型体の体積変化は+/り、r%であっ
た。さらにこのc/a +x合材をピッチ含浸し、再炭
化するプロセスを9回繰返し、緻密化されたc7c複合
材を得た。このa7a複合材の嵩密度は/、3り1/c
dfであった。また、緻密化処理による複合材体積の変
化はほとんどなかった。
た。さらにこのc/a +x合材をピッチ含浸し、再炭
化するプロセスを9回繰返し、緻密化されたc7c複合
材を得た。このa7a複合材の嵩密度は/、3り1/c
dfであった。また、緻密化処理による複合材体積の変
化はほとんどなかった。
このC/C複合材の曲げ強度、同弾性率を実施例/と同
様にしてIllす定した結果グ点の試験片の平均値26
kg / 711112、t、’l ton 71g
m2であった。
様にしてIllす定した結果グ点の試験片の平均値26
kg / 711112、t、’l ton 71g
m2であった。
出 願 人 三菱化成工業株式会社
代 理 人 弁理士 良否用 −
(ほか7名)
Claims (1)
- (1)ピッチ類をマトリックス原料として炭素繊維強化
炭素複合材料を製造する方法において、炭素繊維にピッ
チ類を含浸して、成型した後、得られた成型体を酸化性
雰囲気中で熱処理し、次いで炭化処理を行なうことを特
徴とする炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61089398A JP2566555B2 (ja) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61089398A JP2566555B2 (ja) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62246864A true JPS62246864A (ja) | 1987-10-28 |
JP2566555B2 JP2566555B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=13969540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61089398A Expired - Lifetime JP2566555B2 (ja) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2566555B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02153737A (ja) * | 1988-12-06 | 1990-06-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 炭素繊維炭素複合材の製造方法 |
JP2015086976A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 東洋炭素株式会社 | コイルバネ |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5112474A (en) * | 1974-07-22 | 1976-01-31 | Shunzo Tachikawa | Rooraanaisono jidokao kanonishita harijobearinguno kumitatesochi |
JPS5935841A (ja) * | 1982-08-21 | 1984-02-27 | Nitto Shoko Kk | ワイヤ矯正装置 |
JPS61197466A (ja) * | 1985-02-22 | 1986-09-01 | 出光興産株式会社 | 炭素成形体の製造法 |
-
1986
- 1986-04-18 JP JP61089398A patent/JP2566555B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5112474A (en) * | 1974-07-22 | 1976-01-31 | Shunzo Tachikawa | Rooraanaisono jidokao kanonishita harijobearinguno kumitatesochi |
JPS5935841A (ja) * | 1982-08-21 | 1984-02-27 | Nitto Shoko Kk | ワイヤ矯正装置 |
JPS61197466A (ja) * | 1985-02-22 | 1986-09-01 | 出光興産株式会社 | 炭素成形体の製造法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02153737A (ja) * | 1988-12-06 | 1990-06-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 炭素繊維炭素複合材の製造方法 |
JPH0555467B2 (ja) * | 1988-12-06 | 1993-08-17 | Kogyo Gijutsuin | |
JP2015086976A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 東洋炭素株式会社 | コイルバネ |
WO2015064733A1 (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 東洋炭素株式会社 | コイルバネ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2566555B2 (ja) | 1996-12-25 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |