JPS63151677A

JPS63151677A - 炭素繊維強化炭素複合材料

Info

Publication number: JPS63151677A
Application number: JP61299595A
Authority: JP
Inventors: 邦郎町田; 深堀　美英
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1986-12-16
Filing date: 1986-12-16
Publication date: 1988-06-24

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係り、特に製造効
率が高く、しかも高密度で優れた特性を有する炭素繊維
強化炭素複合材料に関する。

［従来の技術］炭素繊維強化炭素複合材料は、耐熱性、耐食性に優れ、
しかも軽量かつ高強度であることから、■　肌空機、自
動車、オートバイ、自転車、鉄道車輌、産業機械用のブ
レーキ、クラッチ等又は集電機等の摺動材 ■　高温型材、発熱体、ガスタービン部材、断熱材等の
耐熱材 ■　電極、電気接点等の耐食材その他軸量、シール材等の機械部品等の各種構成材料と
して、広範な用途に用いられている。

従来、炭素繊維強化炭素複合材料の製造法としては、Ｃ
ＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）と樹脂含浸法とが知られている。

ＣＶＤ法は、原料ガス（メタン、プロパン、ベンゼン等
）を高温に加熱したカーボン繊維賦形物に接触分解させ
て炭素を沈着させていく方法であり、樹脂含浸法はカー
ボン繊維賦形物中に樹脂を含浸させて成形した後、不活
性雰囲気中で加熱焼成し、必要に応じて黒鉛化する方法
である。

樹脂含浸法において、含浸に用いる樹脂としては、ピッ
チ等の熱可塑性樹脂と、フェノール、フラン、ポリイミ
ド等の熱硬化性樹脂があるが、熱硬化性樹脂は炭化時の
収縮が大きく、焼成条件によってはマトリックスに亀裂
をもたらすことがある上に、コスト的にも極めて高価で
あるという欠点を有することから、現在、一般には熱可
望性樹脂とりわけ非常に安価であるという理由からピッ
チが使用されつつある。

実際の製造においては、目的に応じて、このようなＣＶ
Ｄ法、樹脂含浸法の両者を使い分けたり、併用したりし
て製造が行なわれている。

［発明が解決しようとする問題点コ従来の炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法のうち、Ｃ
ＶＤ法では、炭素の沈着速度が極めて遅い（３〜８μｍ
　／　ｈ　ｒ　）という欠点がある。一方、樹脂含浸法
では、含浸率を高め、高密度の製品を得るために、含浸
、焼成を交互に数回繰り返す必要があり、いずれも製造
に膨大な時間を要するという問題点があった。

［問題点を解決するための手段］本発明は、樹脂含浸法における樹脂バインダーマトリッ
クスとして、安価なピッチを用いる場合において、その
含浸特性を改善し、焼成により高密度糸を効率的に得る
ことができる炭素繊維強化複合材料を提供するものであ
フて、マトリックス・バインダーとして軟化点１７０〜２００
℃、揮発分３０〜４５重量％、炭素率８０重量％以上の
成分を有するピッチを用いたことを特徴とする炭素繊維
強化炭素複合材料、を要旨とするものである。

即ち、樹脂含浸法において、含浸樹脂としてピッチを用
いる場合、ピッチの揮発分を増やすと、軟化点が下がり
、炭素繊維の隙間に容易に流動し、充填、含浸が効率良
く行なわれるようになる。しかしながら、この場合には
、含浸後の焼成炭化時に、揮発分の散逸が大きく、従っ
て得られる製品がポーラスになり易い。

このように、ピッチの揮発分と軟化点、流動性とは相反
する因子である。本発明者らは、ピッチの流動性を維持
しつつ、揮発分が少なく、かつ炭化収率の高い、ピッチ
成分について、即ち、上記相反する因子を最適化するべ
く研究を重ね、特定の軟化点、揮発分、炭素率のピッチ
が極めて良好゛な流動性及び炭化収率を有することを見
出し、本発明を完成したものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明で使用するピッチは、軟化点１７０〜２００℃、
揮発分３０〜４５重量％、炭素率８０重量％以上の成分
を有するものである。

軟化点が２００℃を超えると、高温にしないと十分な流
動性が得られず含浸性能が悪い。これに対し、軟化点が
１７０℃未満では、低温でも十分な流動性が得られるも
のの、高い炭化収率を得ることができる程度の揮発分量
を満足し得ない。

従って、軟化点は１７０〜２００℃とする。

揮発分が４５重量％を超えると、軟化点が下り、低温で
も高い流動性が得られる反面、焼成炭化によりボアが生
成し易くなる。一方、揮発分が３０重量％未満では焼成
炭化時のボア生成は少な。

いが、軟化点が上り、高温にしないと流動性が出現しな
くなるため好ましくない。従って、揮発分は３０〜４５
重量％とする。

炭素率が８０重量％未満では、炭化時の収縮が犬きく、
十分な炭化収率が得られない。従って、炭素率は８０重
量％以上とする。

このようなピッチを用いて、本発明の炭素繊維強化複合
材料を製造するには、炭素繊維と、上記ピッチに必要に
応じてコークス粉等の他の炭素物質を混合したマトリッ
クス・バインダーとを混合し、成形、加熱処理する。

炭素繊維としては炭化あるいは黒鉛化により得られた炭
素質繊維又は黒鉛′ＪｉＬ繊維が用いられる。

これらの炭素繊維とマトリックス・バインダーとの混合
は、炭素繊維の長繊維を引き揃えてマトリックス・バイ
ンダーと積層するか、炭素繊維の短繊維とマトリックス
・バインダーとを分散混合する、あるいは炭素繊維賦形
物に樹脂を含浸する等により行なう。混合後の成形、加
熱処理は、プレス成形及び加熱焼成あるいはホットプレ
ス成形により行なうことができる。

なお、マトリックス・バインダーとして、前記特定軟化
点、揮発分、炭素率のピッチと共にコークス粉等の炭素
物質を用いる場合、該炭素物質の使用割合はピッチ１０
０重量部に対し５０重量部以下とするのが好ましい。

［実施例］以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。

実施例１軟化点１８１℃、揮発分４０．８重量％、炭素率８６．
５重量％（成分分析法はＪＩＳ　　Ｋ２４２５及びＭ　
　８８１２による。）のピッチとコークス粉とを８：２
（重量比）の割合で混合し、これを市販のＰＡＮ系高強
度炭素繊維（一方向）と大きさ６０Ｘ５０ｍｍの金型に
交互に積層（炭素繊維の体積分率約３０％）しホットプ
レスした。なお、昇温速度は１２℃／分とし、５００℃
で２０分保持後、約り０℃／分で６００℃まで昇温し、
同じく２０分保持した後、自然放冷した。圧力は５００
℃到達後３分後に５００ｋｇ／ａｍ’加え、そのまま維
持した。

得られた複合材料から、繊維方向と曲げ試片の長手方向
が一致するように８０ｘ４ｘ３ｍｍの試片を切り出し、
三点曲げ試験に供した。また、見掛密度を測定した。結
果を第１表に示す。

比較例１市販の炭素繊維炭素複合材（ヒトコ社製品；強化材＝炭
素繊維チョップ）について、同様に測定を行ない、結果
を第１表に併記した。

第　　１　　表第１表より、実施例に係るものは比較例のものに比べ、
約４〜５倍の強度が得られることが明らかである。

［効果］以上詳述した通り、本発明の炭素繊維強化炭素複合材料
は、マトリックス・バインダーとして、特定の軟化点、
揮発分、炭素率のピッチを用いるものであって、 ■　軟化点を下げることにより、良好な流動性が得られ
、低温で容易に炭素繊維間へ含浸させることができ、充
填時の閉気孔の発生を低減することができる。

■　揮発分を極力押えることにより、炭化時のボア発生
を抑えることができる。

■　炭素率を高めることにより、ボアの発生及び炭化収
縮を抑制し、炭化収率を高めることができる。

■　■〜■の効果により、含浸、焼成の繰り返し回数を
減少できると共に高密度で高強度の複合体を効率的に製
造することがで鮒る。

等の効果が奏され、本発明によれば、炭素繊維強化炭素
複合材料の生産効率の向上、コストの低減が達成され、
その応用分野の拡大を図ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マトリックス・バインダーとして軟化点１７０〜
２００℃、揮発分３０〜４５重量％、炭素率８０重量％
以上の成分を有するピッチを用いたことを特徴とする炭
素繊維強化炭素複合材料。