JPS63265863A

JPS63265863A - 炭素繊維強化炭素複合材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPS63265863A
Application number: JP62100851A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Takano; 茂高野; Tsuneo Kaneshiro; 庸夫金城
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1987-04-23
Filing date: 1987-04-23
Publication date: 1988-11-02

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、ロケットノズルや航空機のブレーキ材料など
宇宙航空用材料に使われる炭素繊維強化炭素複合材料に
関するものである。

「従来の技術」従来、炭素繊維強化炭素複合材料いゆるＣ／Ｃコンポジ
ットは、耐熱性や耐薬品性に優れ、かつ高強度で軽量で
あり、例えば、炭素繊維にフェノール樹脂などの熱硬化
性樹脂をバインダーとして配合し、成形したのち炭化し
たものが知られているが、このような炭素複合材料は嵩
密度が低く強度が十分でないため、引き続き熱硬化性Ｉ
Ｈ脂やピッチ類などを含浸させて再度炭化する処理を数
回くり返したり、あるいはＣＶＤ法により一度炭化した
前記炭素複合材料の気孔に熱分解炭素を芸着させて材料
の緻密性を高めることが行われている。

「発明が解決しようとする問題点」炭素複合材料の緻密性を高める前記の各技術は、いずれ
の方法も最終製品を得るまでに長時間を要するため非常
にコスト高となり、製品の使用範囲が制約されるという
問題点があった。

本発明は、かくの如き従来の問題点を解決して、高強度
の炭素繊維強化炭素複合材料およびその製造方法を提供
することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」本発明の第１発明は、炭素繊維強化炭素複合材料に関す
る発明であって、メソカーボン小球体の炭化物と、ガラ
ス状炭素質と、繊維長が０．１〜６ｎの炭素質繊維およ
び／または黒鉛繊維とからなる。

また、本発明の第２発明は、炭素繊維強化炭素複合材料
の製造方法に関する発明であって、メソカーボン小球体
と、熱硬化性（封脂と、残炭率が１０重量％以上で、か
つ繊維長が０．１〜５　＋ｕの有機質繊維および／また
は炭素繊維および／または黒鉛繊維を、得られる炭素複
合材料中のメソカーボン小球体の炭化物が１３〜９４重
量％、ガラス状炭素質が５〜８５重量％、炭素質繊維お
よび／または黒鉛繊維が０，１〜２２重量％になるよう
に配合し、混練し、成形したのち、１５０〜２００℃の
温度で加熱して前記樹脂成分を完全に硬化させ、さらに
不活性雰囲気下で焼成、炭化することを特徴とする。

本発明の炭素繊維強化炭素複合材料は、メソカーボン小
球体の炭化物が１３〜９４ｉｆｉ％、好ましくは５０〜
９０重量％であり、ガラス状炭素質が５〜８５重量％、
好ましくは９〜ｊ９ｆｆｉ量％であり、炭素繊維および
／または黒鉛繊維が０．１〜２２重量％、好ましくは１
〜１０重量％である。

前記メソカーボン小球体の炭化物が１３重量％未溝の場
合は、高強度のものが得られず、９４重量％を越えると
、緻密なものとならない。

また、前記ガラス状炭素質が５重量％未溝の場合は、緻
密なものとならず、８５重量％を越えると、高強度なも
のが得られない。

また、前記炭素繊維および／またはｐ４鉛繊維が０．１
量％未謂の場合は、補強効果が十分でなく、２２重量％
を越えると、複合材料の緻密性が十分でなく強度が低下
する。

また、これらの繊維の長さは、０．１〜６ｆｌであるこ
とが必要であり、さらに０．１〜１１１のものが好適で
ある。

長さが６龍を越える場合は、複合材料の緻密性が十分で
なく強度が低下する。

つぎに、本発明に係る出発原料について説明する。

メソカーボン小球体としては、通常の方法、例えば石油
重質油やタールピッチなどを熱処理してメソカーボン小
球体を生成させ、このメンカーボン小球体を溶剤分別し
て用いることができる。

このメソカーボン小球体の最大粒径は、５０μｍ以下の
ものが好ましく、５０μｍを越えると密度が上がらず、
得られる複合材料の強度として満足できるものが得られ
ない。

熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂が好ましいがそ
の他フラン樹脂やエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、ポリイミド樹脂等も使用可能である。

フェノール樹脂が好ましい理由は、樹脂の取扱いやすさ
、成形体の特性および安価なことによる。

有機質繊維としては、セルローズ繊維、カイノール繊維
、ポリアクリロニトリル、タールピッチを溶融、紡糸し
て不融化したものなどを用いることができる。

炭素繊維としては、市販のＰＡＮ系およびクールピンチ
系炭素繊維を用いることができ、さらに黒鉛繊維として
は、市販のＰＡＮ系およびタールピンチ系黒鉛繊維を用
いることができる。

これらの繊維の残炭率は、１０重量％以上であることが
必要であり、残炭率がＩＯ重量％未尚の場合は、補強効
果が低くなる。

つぎに、本発明の製造方法について説明する。

まず、熱硬化性樹脂溶液中にメソカーボン小球体と有機
質繊維および／または炭素繊維および／または黒鉛繊維
を添加し、よく混合したのち、室温で放置して乾燥する
。

つぎに、前記混合物を熱ロールまたは熱プレス等を用い
て熱圧成形する。

なお、望ましくは熱圧成形する前に前記混合物を１００
℃前後の温度で加熱して予備硬化し、これを粉砕してか
ら前記熱圧成形するのがよい。

また、前記熱硬化性樹脂溶液のかわりに粉末状熱硬化性
樹脂を用い、これにメソカーボン小球体と有機質繊維お
よび／または炭素繊維および／または黒鉛繊維を配合し
て熱圧成形してもよい。

さらに、前記成形工程で得られた成形体を１５０〜２０
０℃の温度に加熱して完全に硬化させたのち、約１００
０℃まで昇温して炭化処理することにより炭素板とする
。

また、必要に応じて２０００℃以上で黒鉛化を行う。

なお、上記配合材料にセラミック、エンゲルブロワ−化
合物等を加えることにより、得られる複合材料の耐酸化
性を向上することができる。

なおまた、本発明の炭素繊維強化炭素複合材料は、特に
高強度を必要とする宇宙航空用材料に使用できるもので
あるが、これに躍ることなくＣ／Ｃコンポジットとして
広く利用できるものであることは言うまでもない。

「実施例」以下に、本発明の詳細な説明する。

実施例１メソカーボン小球体（３２５メツシュバス品）と液状フ
ェノール樹脂　（群栄化学■製：　レジトップＰＬ−２
２１１）とカイノール繊維（群栄化学９１１製；残炭率
４０重量％、繊維長１＋ｎ）を第１表の割合で配合し、
攪拌機で均一に混合したのち、室温で放置して乾燥した
。

この混合物を乾燥機中で８０℃、３０分間加熱して予備
硬化したのち粉砕した。

この粉末を平板状の金型に供給し、熱プレスによりプレ
ス温度１５０℃、プレス圧２００　ｋｇ　／　ｃｓ　’
　で熱圧成形し、厚さ３鰭、＠　１０　ａｍ　、長さＩ
ＯＣＩｍの成形板とした。

ついで、この成形体を１８０℃の温度で１０時間加熱し
てフェノール樹脂を硬化させたのち、窒素ガス雰囲気中
で１０℃／時の昇温速度で１０００　℃まで昇温して炭
化し炭素板を得た。

この炭素板の特性を第１表に示す。

なお、この炭素板には割れ、ふくれ等は発生しなかった
。

実施例２メソカーボン小球体（３２５メツシュパス品）と粉末状
フェノール樹脂（昭和高分子■製；ショーノールＢＲＰ
−５２０）とピッチ系炭素繊維（残炭率９８重量％、繊
維長０．７ｍｍ）を第１表の割合で配合し、混合したの
ち、熱ロールを用いてロール温度１５０℃、ロール周速
度０．２＋＋＋／分でロール成形して厚さ３　ａｓの成
形板とした。

これを実施例１と同様に炭化して炭素板を得た。

この炭素板の特性を第１表に示す。

なお、この炭素板には割れ、ふくれ等は発生しなかった
。

実施例３メソカーボン小球体（３２５メノンユパス品）と液状フ
ェノール（Ｈ脂（群栄化学ｔｔＳ製：　レジトップＰＬ
−２２１１）　トＰ　Ａ　Ｎ　Ｍ　”Ａ、　鉛繊Ｉｔ　
（残炭率９９ｆ！　ｍ　％　ＣＢ維従長０５ｍ）を第１
表の割合で配合し、混合したのち、実施例１と同様に処
理して炭素板を得た。

この炭素板の特性を第１表に示す。

なお、この炭素板には割れ、ふくれ等は発生しなかった
。

比較例１メソカーボン小球体（３２５メツシュバス品）と液状フ
ェノール樹脂（群栄化学■製；レジト、ブＰＬ−２２１
１）を第１表の割合で配合し、実施例１と同様に処理し
て炭素板を得た。

この炭素板の特性を第１表に示す。

なお、この炭素板には割れ、ふくれ等は発生しなかった
。

比較例２メソカーボン小球体（３２５メツシュバス品）と液状フ
ェノール樹脂（群栄化学ｕｉｇ、レジト、７プＰし−２
２１１）とピッチ系炭素繊維（残炭率９８ｉ量％、繊維
長９ｗ）を第１表の割合で配合し、実施例１と同様に処
理して炭素板を得た。

この炭素板の特性を第１表に示す。

なお、この炭素板の一部にふくれが発生した。

第　１！「発明の効果」以上述べた如く、本発明のメンカーボン小球体の炭化物
と、ガラス状炭素質と、繊維長が０．１〜６１ｍの炭素
繊維および／または黒鉛繊維とからなる炭素繊維強化炭
素複合材料は、高性能の炭素複合材料であって、特に高
強度を必要とする宇宙航空用材料にも使用可能なものを
提供することができる。

また、本発明の製造方法により、極めて簡単に、かつ工
業的にも安定して低コストで、高強度の炭素繊維強化炭
素複合材料を提供することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）メソカーボン小球体の炭化物と、ガラス状炭素質
と、繊維長が０．１〜６ｍｍの炭素質繊維および／また
は黒鉛繊維とからなる炭素繊維強化炭素複合材料。
（２）メソカーボン小球体の炭化物が１３〜９４重量％
、ガラス状炭素質が５〜８５重量％、炭素質繊維および
／または黒鉛繊維が０．１〜２２重量％である特許請求
の範囲第１項記載の炭素繊維強化炭素複合材料。
（３）メソカーボン小球体と、熱硬化性樹脂と、残炭率
が１０重量％以上で、かつ繊維長が０．１〜６ｍｍの有
機質繊維および／または炭素繊維および／または黒鉛繊
維を、得られる炭素複合材料中のメソカーボン小球体の
炭化物が１３〜９４重量％、ガラス状炭素質が５〜８５
重量％、炭素質繊維および／または黒鉛繊維が０．１〜
２２重量％になるように配合し、混練し、成形したのち
、１５０〜２００℃の温度で加熱して前記樹脂成分を完
全に硬化させ、さらに不活性雰囲気下で焼成、炭化する
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
。