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

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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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奥山 公平
明男 加藤
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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。

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。
(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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP61089398A 1986-04-18 1986-04-18 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 Expired - Lifetime JP2566555B2 (ja)

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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

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