KR940010099B1 - Process for producing carbon/carbon composite using coaltar-phenol resin - Google Patents

Process for producing carbon/carbon composite using coaltar-phenol resin Download PDF

Info

Publication number
KR940010099B1
KR940010099B1 KR1019910025132A KR910025132A KR940010099B1 KR 940010099 B1 KR940010099 B1 KR 940010099B1 KR 1019910025132 A KR1019910025132 A KR 1019910025132A KR 910025132 A KR910025132 A KR 910025132A KR 940010099 B1 KR940010099 B1 KR 940010099B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon
temperature
phenol resin
curing
coal tar
Prior art date
Application number
KR1019910025132A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR930012641A (en
Inventor
박양덕
오세민
Original Assignee
포항종합제철 주식회사
정명식
재단법인산업과학기술연구소
백덕현
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포항종합제철 주식회사, 정명식, 재단법인산업과학기술연구소, 백덕현 filed Critical 포항종합제철 주식회사
Priority to KR1019910025132A priority Critical patent/KR940010099B1/en
Publication of KR930012641A publication Critical patent/KR930012641A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR940010099B1 publication Critical patent/KR940010099B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

The composite comprising a carbon fiber as reinforcing material and mixture of coal tar and phenol resin as matrix, is prepd. by: the mixt. of 30-80 wt.% of coal tar and 70-20 wt.% of phenol resin mixed in organic solvent; after drying the dipped carbon fiber, it is sustained for 2-5 hrs. under 30-300 kg/cm2 at 150-250 deg.C, and then cooling, crosslinking and molding; the obtd. material is heated at 900-1500 deg.C. of 30-300 deg.C/hr of temp. elevating speed for more than 1 hr. under unactive condition, then cooling and carbonizing.

Description

콜타르-페놀수지 혼합물을 이용한 탄소/탄소 복합재료 제조방법Method for preparing carbon / carbon composites using coal tar-phenol resin mixture

제 1a 도는 본 발명의 탄소/탄소 복합재료의 명시야하의 현미경 단면사진이고,Figure 1a is a microscopic cross-sectional picture of the bright field of the carbon / carbon composite material of the present invention,

1b 도는 편광하의 현미경 단면사진임.1b is a microscopic cross-sectional picture under polarized light.

본 발명은 탄소섬유로 강화된 탄소재료, 즉, 탄소/탄소 복합재료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 강화재로서 탄소섬유를 사용하고, 매트릭스 원료로서 콜타르(Coal tar)와 페놀(Phenol)수지의 혼합물을 사용한 탄소/탄소 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a carbon fiber reinforced carbon fiber, that is, a carbon / carbon composite material, more specifically using carbon fiber as a reinforcing material, and coal tar and phenol resin as a matrix raw material It relates to a method for producing a carbon / carbon composite material using a mixture of.

탄소/탄소 복합재료는 경량이고 기계적 강도가 높으며 내열성이 우수한 점 이외에도 고온에서의 기계적성질과 내열충격성등 우수한 특성이 있기 때문에 항공기용 브레이크, 로켓 노즐, 우주왕복선의 내열 구조재 등에 널리 사용되고 있다.Carbon / carbon composite materials are widely used in aircraft brakes, rocket nozzles, and space shuttle structural materials because of their excellent properties such as light weight, high mechanical strength, and excellent heat resistance.

탄소/탄소 복합재료의 제조방법으로는 여러 가지가 있지만, 토우(Tow), 클로스(Cloth), 펠트(Felt), 매트(Mat) 등의 형태의 탄소섬유에 매트릭스 원료로서 열경화성 수지나 열가소성 수지를 함침시킨 후, 이것을 적층하고 경화시킨 다음, 1000℃ 이상의 온도로 탄화하는 액상함침 및 탄화 방법이 가장 일반적인 방법이다.There are many methods for producing a carbon / carbon composite material, but thermosetting resins and thermoplastic resins are used as matrix raw materials on carbon fibers in the form of tows, cloths, felts, mats, and the like. After impregnation, the liquid phase impregnation and carbonization method of laminating and curing the same and then carbonizing at a temperature of 1000 ° C. or more is the most common method.

상기의 방법에 의해 1회의 함침 및 탄화과정으로 탄소/탄소 복합재료를 제조할 수도 있으나, 매트릭스의 원료인 열경화성 수지와 열가소성 수지를 탄화하면 휘발성분의 유출로 인해 수율이 떨어지기 때문에 탄화후에 매트릭스 내부에 기공이 형성된다. 따라서 이 기공을 메워주기 위하여 매트릭스 원료를 함침하고 탄화하는 과정을 여러번 반복함으로써 탄소/탄소 복합재료의 밀도를 증가시키는 방법을 많이 사용한다(예를 들면 일본 특허 62-212262호).The carbon / carbon composite material may be manufactured by one impregnation and carbonization process by the above method. Pores are formed in the. Therefore, in order to fill the pores, a method of increasing the density of the carbon / carbon composite material is frequently used by repeating the process of impregnating and carbonizing the matrix raw material several times (for example, Japanese Patent No. 62-212262).

매트릭스의 원료로서는 에폭시수지, 페놀수지, 푸란수지 등의 열경화성 수지와 석유계 또는 석탄계 핏치류 등의 열가소성 수지가 일반적으로 사용되고 있다. 열경화성 수지를 사용하는 경우에는 성형하기가 쉽다는 이점이 있지만 가격이 비싸고, 함침한 후 가열 및 경화할 때 엄밀한 온도조절이 요구되기 때문에 처리 공정이 복잡하다. 또한, 열경화성 수지의 탄화물의 비중이 1.4-1.5g/㎠정도로서, 핏치 탄화물의 비중 1.8-1.9g/㎠에 비하여 낮기 때문에, 열경화성 수지를 이용하여 탄소/탄소 복합재료를 제조하면 밀도가 그다지 증가하지 않는다.As a raw material of the matrix, thermosetting resins such as epoxy resins, phenol resins, furan resins, and thermoplastic resins such as petroleum or coal-based pitches are generally used. The use of a thermosetting resin has the advantage of being easy to mold, but it is expensive, and the processing process is complicated because rigid temperature control is required when heating and curing after impregnation. In addition, since the specific gravity of the carbide of the thermosetting resin is about 1.4-1.5 g / cm 2 and lower than that of the pitch carbide of 1.8-1.9 g / cm 2, the density of the carbon / carbon composite material using the thermosetting resin does not increase so much. Do not.

매트릭스 원료로서 핏치류를 사용하면 가격이 저렴할 뿐 아니라, 탄화공정에서 액상을 거치기 때문에 분자의 배향성이 뛰어난 열전도도가 향상되는 이점이 있다.Using pitches as the matrix raw material is not only inexpensive, but also through the liquid phase in the carbonization process, thereby improving thermal conductivity with excellent molecular orientation.

핏치류는 실온에서 고체인 핏치와 실온에서 액체인 타르로 분류된다. 이중에서 핏치는 타르에 비해 휘발 성분의 함량이 적기 때문에 탄화수율이 높아서 매트릭스의 원료로서 주로 사용되고 있다. 그러나 탄소섬유에 고체상인 핏치를 함침하여 성형체를 만들기 위해서는, 핏치를 가열하여 용융상태를 유지하면서 처리해야 하는 어려움이 있다. 따라서 열경화성 수지를 이용하여 1차 함침 및 탄화하여 성형체를 만든 뒤, 재함침 및 탄화과정을 반복할 때 핏치를 이용하거나(예를 들면 Carbon, vol.28, p.125, 1990년), 또한 화학증착법에 의해 열분해 탄소를 함침시켜 성형체를 만든 뒤, 핏치로 함침 및 탄화하는 공정을 반복하는 방법(예를 들면 Fuel, vol.66, p.1512, 1987년)등이 사용된다. 그러나 이러한 경우 1차 함침에서 사용한 열경화성 수지 또는 열분해 탄소와 2차 함침부터 사용한 핏치와의 상호 적합성이 문제가 된다.Pitches are classified into pitches which are solid at room temperature and tars which are liquid at room temperature. Among them, pitch is mainly used as raw material of matrix because of high carbonization yield because of less content of volatile components than tar. However, in order to form a molded body by impregnating the pitch of carbon fibers in the solid phase, there is a difficulty in processing the pitch while maintaining the molten state. Therefore, the first impregnation and carbonization of the thermosetting resin to form a molded body, and then using the pitch to repeat the re-impregnation and carbonization process (for example, Carbon, vol. 28, p. 125, 1990), or chemical A method of repeating a process of impregnating and carbonizing a pitch by impregnating pyrolytic carbon by vapor deposition and then impregnating with carbon (eg, Fuel, vol. 66, p. 1512, 1987) is used. In this case, however, the mutual compatibility of the thermosetting resin or pyrolytic carbon used in the first impregnation with the pitch used from the second impregnation becomes a problem.

그러므로 1차 함침시에 타르를 사용하면 실온에서 액체이므로 함침하는 공정을 실온에서 처리할 수 있고, 2차 함침시부터 사용하는 핏치와는 동일한 핏치류이므로 상호 적합성이 우수한 장점이 있다. 그러나 타르를 1차 함치시의 매트릭스 원료로 사용하는 경우의 문제점은 탄화수율이 너무 낮기 때문에 제조된 성형체의 밀도가 낮아서 이후의 함침 및 탄화공정의 반복 횟수가 많이 요구되며, 함침 후의 성형과정에서 경화 또는 불융화하기가 어려운 것이다.Therefore, when tar is used in the first impregnation, the liquid is impregnated at room temperature, so the impregnation process can be treated at room temperature, and the same pitch as the pitch used since the second impregnation has excellent mutual compatibility. However, the problem of using tar as a matrix raw material for the first impregnation is that the carbonization yield is too low, so that the density of the molded product is low, requiring a large number of times of subsequent impregnation and carbonization processes, and curing in the molding process after impregnation. Or difficult to dissolve.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 탄화후에 이방성 조직을 발현할 수 있는 석탄계 핏치류인 콜타르와 경화성 및 성형성이 우수한 열경화성 수지인 페놀수지를 혼합한 후 이것을 매트릭스 원료로 이용함으로써, 공정이 간단하면서도 밀도가 높은 탄소/탄소 복합재료의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the process is carried out by mixing coal tar, a coal-based pitch, capable of expressing anisotropic tissue after carbonization, and a phenol resin, a thermosetting resin having excellent curability and moldability, and then using this as a matrix raw material. Its purpose is to provide a simple and dense carbon / carbon composite material manufacturing method.

본 발명에 의하여, 콜타르 30-80wt%와 페놀수지 20-70wt%의 혼합물을 탄소섬유에 함침시키고 적층하여 가열 및 가압 상태에서 유지함으로써 경화 및 성형시키고, 결과의 성형체를 불활성 분위기 하에서 30-300℃/hr의 승온속도로 900-1500℃로 승온하여 탄화시키는 것을 특징으로 하는 탄소/탄소 복합재료의 제조방법이 제공된다.According to the present invention, a mixture of coal tar 30-80wt% and phenol resin 20-70wt% is hardened and molded by impregnating and laminating carbon fibers and keeping them in a heated and pressurized state, and the resulting molded body is 30-300 ° C. under an inert atmosphere. Provided is a method for producing a carbon / carbon composite material, characterized in that the carbonization by heating up at 900-1500 ° C. at a heating rate of / hr.

본 발명에 있어서, 콜타르/페놀수지 혼합물의 형성시, 콜타르와 페놀수지는 기계적 혼합에 의하여는 충분히 균일하게 섞이지 않으므로 테트라하이드로푸란이나 톨루엔 같은 유기용매내에서 혼합하여 균일한 혼합물을 형성한다. 한편, 콜타르 함량이 80% 이상 또는 페놀수지 함량이 20% 이하가 되면 그들은 유기용매내에서도 완전히 혼합되지 않으므로 경화과정에서 여분의 콜타르가 경화되지 않고 액체상태로 그대로 남게 된다. 반대로 콜타르 함량이 30% 이하 또는 페놀수지 함량이 70% 이상으로 되면 경화 과정에 있어서 예비 성형체가 쉽게 부풀게 된다. 콜타르와 페놀수지를 혼합할 때 사용된 유기용매는 콜타르와 페놀수지의 혼합물이 함침된 탄소섬유를 경화시키기 전에 제거하여야 한다. 그 제거방법으로는 실온에서 대기중에 방치하여 휘발시키거나, 냉동건조기를 이용하여 제거하는 것이 있다.In the present invention, when the coal tar / phenol resin mixture is formed, the coal tar and the phenol resin are not sufficiently uniformly mixed by mechanical mixing, so that they are mixed in an organic solvent such as tetrahydrofuran or toluene to form a uniform mixture. Meanwhile, when the coal tar content is 80% or more or the phenol resin content is 20% or less, they are not completely mixed even in the organic solvent, so that extra coal tar is not cured in the curing process and remains in a liquid state. On the contrary, when the coal tar content is 30% or less or the phenol resin content is 70% or more, the preform swells easily during the curing process. The organic solvent used when mixing coal tar and phenol resin should be removed before the mixture of coal tar and phenol resin hardens the impregnated carbon fibers. The removal method is to leave it in the air at room temperature to volatilize it or to remove it using a freeze dryer.

콜타르와 페놀수지의 혼합물이 함침된 탄소섬유의 경화 및 성형 조건은 콜타르와 페놀수지의 상대적인 함량에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로 150-250℃ 온도에서 약 30-300kg/㎠의 압력하에 약 2-5시간 동안 유지시키는 것이 바람직하다. 통상 150℃ 이하의 온도에서는 완전한 경화가 이루어지지 않으며 250℃이상의 온도에서는 급격한 반응으로 인하여 경화상태가 불량하게 된다. 또한, 30kg/㎠ 이하의 압력에서는 적층된 탄소섬유 층간의 결합력이 약하고 300kg/㎠ 이상의 압력에서는 탄소섬유의 배열상태가 뒤틀리거나 일부 섬유가 파손되는 현상이 일어난다. 충분한 경화를 이루는데 소요되는 시간은 일반적으로 2시간 이상인데, 5시간 이상에서는 더 이상의 경화효과가 기대되지 않으므로 경제적인 면에서 불필요하다. 한편, 경화 및 성형을 일단계로서 행할 수 있으나, 150-200℃의 온도 범위에서 30-300kg/㎠의 압력하에 2-5시간 유지시켜 1차 경화 및 성형하고, 이어서 200-250℃의 온도에서 30-300kg/㎠의 압력하에 2-5시간 유지후 냉각시켜 2차 경화 및 성형하는 2단계 처리가 더욱 바람직하다. 이와 같이 2단계 처리를 실시할 경우, 1단계 처리시 발생할 수도 있는 성형체의 부풀음이 거의 없는 매우 양호한 경화 성형체를 산출할 수 있다.The curing and molding conditions of carbon fibers impregnated with a mixture of coal tar and phenolic resins may vary depending on the relative content of coal tar and phenolic resins, but are generally about 2-300 kg / cm 2 at a temperature of 150-250 ° C. It is preferable to hold for 5 hours. In general, the curing is not completed at a temperature of less than 150 ℃ and at a temperature of more than 250 ℃ due to a rapid reaction is a poor curing state. In addition, at a pressure of 30 kg / cm 2 or less, the bonding force between the laminated carbon fiber layers is weak, and at a pressure of 300 kg / cm 2 or more, the arrangement state of the carbon fibers is distorted or some fibers are broken. The time required to achieve sufficient curing is generally 2 hours or more, but more than 5 hours is not economically unnecessary since no further curing effect is expected. On the other hand, the curing and molding can be carried out as one step, but the primary curing and molding by holding for 2-5 hours under a pressure of 30-300kg / ㎠ in a temperature range of 150-200 ℃, then at a temperature of 200-250 ℃ More preferred is a two-step treatment of holding for 2-5 hours at a pressure of 30-300kg / cm 2, cooling and then secondary curing and molding. In the case where the two-stage treatment is performed in this way, a very good cured molded body with little swelling of the molded body which may occur during the one-stage treatment can be calculated.

전술한 바와 같이 경화, 성형된 물질을 일반적인 탄화조건인 900-1500℃의 온도에서 1시간 이상 유지후 냉각시켜서 탄소/탄소 복합재료를 산출하는데, 이때 900-1500℃로의 승온속도는 느리게 할 수도 있으나 너무 느리면 경제적이지 못하므로 30-300℃/hr로 하는 것이 바람직하다.As described above, the cured and molded material is maintained at a temperature of 900-1500 ° C., which is a general carbonization condition, for 1 hour or more, and cooled to yield a carbon / carbon composite material. However, the temperature rising rate to 900-1500 ° C. may be slowed down. If too slow, it is not economical, so it is preferable to use 30-300 ° C / hr.

시간당 300℃ 이상의 승온속도에서는 열적 팽창에 의하여 최종 산출물의 물성이 저하될 수 있다. 한편, 선행기술에 있어서 열경화성 수지만을 매트릭스 원료로 사용하였을때는 탄화시의 승온속도를 시간당 수 ℃ 정도로 매우 느리게 하지 않으면 탄화물의 물성이 저하되는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명의 방법에서는 시간당 30℃ 이상의 승온속도로 가열하여도 물성이 양호하게 나타났으며, 시간당 300℃의 승온속도에서도 큰 문제점이 발견되지 않았다.At an elevated temperature rate of 300 ° C. or more per hour, the physical properties of the final product may be degraded due to thermal expansion. On the other hand, in the prior art, when only the thermosetting resin is used as the matrix raw material, it is common that the physical properties of the carbide are lowered unless the temperature increase rate during carbonization is very slow, such as several degrees per hour. However, in the method of the present invention, even when heated at a temperature increase rate of 30 ° C. or more, the physical properties were satisfactory, and no significant problem was found even at a temperature increase rate of 300 ° C. per hour.

이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.

[실시예 1]Example 1

매트릭스 원료로 사용된 콜타르는 제철소의 코크스 제조시에 부생되는 것을 사용하였으며 그 성분 분석결과를 표 1에 나타내었다. 페놀수지는 레졸타입을 사용하였다. 상기의 콜타르와 페놀수지를 무게비로 각각 50%씩 섞어 100g의 혼합물을 만들고, 여기에 테트라하이드로푸란을 10cc넣어 약 5분간 저어 주었다. 이 혼합물을 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유로 제조된 8매 주자직 형태의 클로스(Cloth)위에 골고루 발라 함침시킨뒤 대기중에 48시간 방치하여 건조시켰다. 건조된 클로스를 2cm×5cm의 크기로 자른 뒤 25겹으로 겹쳐 역시 같은 크기의 금속 몰드에 넣고, 핫프레스를 이용하여 190℃까지 가열한 뒤 100kg/㎠의 압력으로 누르면서 3시간 유지시키고 다시 230℃로 가열하여 동일한 압력하에서 3시간 유지시킨 후 냉각시켰다.Coal tar used as a matrix raw material was produced by-products during the coke production of steelworks and the results of the component analysis are shown in Table 1. The phenol resin used the resol type. The coal tar and phenol resins were mixed by 50% by weight to make 100 g of a mixture, and 10 cc of tetrahydrofuran was added thereto and stirred for about 5 minutes. The mixture was impregnated evenly on eight cloth-shaped cloths made of polyacrylonitrile-based carbon fibers, and left to dry for 48 hours in the air. Cut the dried cloth into the size of 2cm × 5cm and stack it in 25 layers and put it in the same size metal mold, heat it to 190 ℃ using hot press, hold it under pressure of 100kg / ㎠ and keep it for 3 hours and again 230 ℃ Heated for 3 hours under the same pressure and cooled.

냉각된 시료를 탄화로에 넣고 질소가스를 흘려주면서 120℃/hr의 승온속도로 가열하여 1200℃에서 1시간 유지시킨후 통상의 냉각속도로 서냉시켰다.The cooled sample was placed in a carbonization furnace and heated at a temperature rising rate of 120 ° C./hr while flowing nitrogen gas, and maintained at 1200 ° C. for 1 hour, followed by slow cooling at a normal cooling rate.

제조된 탄소/탄소 복합재료의 부피와 무게를 측정하여 밀도를 계산하였으며, 그 단면을 통상의 방법으로 연마한뒤 현미경을 통해 미세구조를 관찰하였다. 제조된 탄소/탄소 복합재료의 밀도는 1.35g/㎠이었다. 제1a도는 현미경을 통해 관찰한 명시야하의 미세구조이며, 제1b도는 편광하의 미세구조이다. 제1a도에서 탄소섬유와 탄소 매트릭스와의 접합성이 매우 우수함을 알 수 있고, 제1b도에서 탄소 매트릭스 내부에 약한 이방성이 나타나고 있음을 알 수 있다.Density was calculated by measuring the volume and weight of the prepared carbon / carbon composites, and the microstructure was observed through a microscope after the cross section was polished by a conventional method. The prepared carbon / carbon composite material had a density of 1.35 g / cm 2. FIG. 1A is a microstructure under bright field observed through a microscope, and FIG. 1B is a microstructure under polarized light. It can be seen from FIG. 1a that the bonding between the carbon fiber and the carbon matrix is very excellent, and in FIG. 1b, weak anisotropy is shown inside the carbon matrix.

[표 1]콜타르 성분 분석 결과[Table 1] Coal tar component analysis results

[실시예 2]Example 2

핫프레스에서 190℃까지 가열한 뒤 200kg/㎠의 압력으로 누르면서 3시간 유지시키고 다시 230℃로 가열하여 동일한 압력하에서 5시간 유지시킨 후 냉각시키고, 냉각된 시료를 300℃/hr의 승온속도로 가열하여 1200℃에서 1시간 유지시키는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일하게 실시하였다.Heated to 190 ℃ in a hot press and maintained for 3 hours while pressing at a pressure of 200kg / ㎠ and then again heated to 230 ℃ and maintained for 5 hours under the same pressure, and then cooled, the cooled sample is heated at a heating rate of 300 ℃ / hr It was carried out in the same manner as in Example 1 except for maintaining for 1 hour at 1200 ℃.

제조된 탄소/탄소 복합재료의 밀도는 1.34g/㎠이였으며, 현미경을 통하여 관찰한 미세구조는 상기 실시예(1)에서 산출된 복합재료의 미세구조(제1a도 및 b)와 유사하였다.The density of the prepared carbon / carbon composite material was 1.34 g / cm 2, and the microstructure observed through the microscope was similar to the microstructure of the composite material (FIGS. 1a and b) calculated in Example (1).

[실시예 3]Example 3

하기 표 2와 같은 조성을 갖는 콜타르-페놀수지 매트릭스 원료를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소/탄소 복합재료를 제조하되, 그 제조조건은 하기 표 2와 같이 실시하였다.To prepare a carbon / carbon composite material in the same manner as in Example 1 using a coal tar-phenol resin matrix raw material having a composition as shown in Table 2, the production conditions were carried out as shown in Table 2.

[표 2]TABLE 2

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 조성 및 제조조건을 만족하는 발명예(1-4)의 경우에는 성형체 제조가 가능할 뿐만 아니라 그 미세구조가 실시예(1)의 복합재료와 유사하였으나, 본 발명의 조성범위를 벗어난 비교예(1-2)의 경우에는 성형체 제조가 곤란하였다.As shown in Table 2, in the case of Inventive Example (1-4) that satisfies the composition and manufacturing conditions according to the present invention, not only the manufacturing of the molded body was possible but also its microstructure was similar to that of the composite material of Example (1). In the case of Comparative Example (1-2) outside the composition range of the present invention, it was difficult to manufacture a molded article.

특히, 발명예(3)의 경우에는 경화시간이 길었으며, 발명예(4)의 경우에는 경화기간이 짧은 것을 제외하고는 이들의 미세구조는 실시예(1)의 미세구조와 유사하였다.In particular, in the case of Inventive Example (3), the curing time was long, and in the case of Inventive Example (4), their microstructure was similar to that of Example (1) except that the curing period was short.

이에 반하여, 비교예(1)의 경우에는 콜타르의 함유량이 과다하여 완전한 경화가 이루어지지 않았으며, 비교예(2)의 경우에는 페놀수지의 과다로 경화시 성형체가 부풀어 원형유지가 곤란하였다.On the contrary, in the case of Comparative Example (1), the content of coal tar was excessive and complete curing was not achieved. In Comparative Example (2), the molded body swelled due to the excessive amount of phenol resin, which made it difficult to maintain the circular shape.

상술한 바와 같이, 콜타르와 페놀수지의 혼합물을 매트릭스 원료로 사용함으로써 복잡한 온도 및 시간의 조절없이 경화가 가능하였고, 탄화시에도 상압에서의 탄화가 가능하여 장치를 단순화시킬 수 있었으며, 빠른 승온속도로 가열할 수 있어 탄화에 걸리는 시간을 크게 단축시킬 수 있었다. 또한, 탄화후에 형성된 탄소 매트릭스의 미세구조는 이방성 조직을 나타내었다.As described above, by using a mixture of coal tar and phenol resin as a matrix raw material, it was possible to cure without complicated temperature and time control, and it was possible to simplify the device by carbonization at atmospheric pressure even during carbonization. The heating time could significantly shorten the carbonization time. In addition, the microstructure of the carbon matrix formed after carbonization showed anisotropic structure.

Claims (2)

탄소/탄소 복합재료의 제조방법에 있어서, 유기용매로 혼합한 콜타르 30-80wt%의 페놀수지 70-20wt%의 혼합물을 탄소섬유에 함침시키고, 함침처리된 탄소섬유 물질을 건조시킨 후 150-250℃의 온도에서 30-300kg/㎠의 압력으로 2-5시간 유지후 냉각하여 경화 및 성형시킨 다음, 성형된 물질을 불활성 분위기하에서 30-300℃/hr의 승온속도로 900-1500℃의 온도로 승온하여 1시간 이상 유지후 냉각하여 탄화시킴을 특징으로 하는 탄소/탄소 복합재료의 제조방법.In the method for producing a carbon / carbon composite material, a mixture of 30 to 80 wt% of phenol resin and 70 to 20 wt% of phenol resin mixed with an organic solvent is impregnated with carbon fiber, and the impregnated carbon fiber material is dried and then 150 to 250 After curing for 2-5 hours at a temperature of 30-300kg / ㎠ at a temperature of ℃ ℃ hardened and molded, the molded material at a temperature of 900-1500 ℃ at a temperature increase rate of 30-300 ℃ / hr under an inert atmosphere A method for producing a carbon / carbon composite material, characterized in that the temperature is elevated and maintained for at least 1 hour before cooling. 제 1 항에 있어서, 경화 및 성형처리를 150-200℃의 온도에서 30-300kg/㎠의 압력으로 2-5시간 유지하여 1차 경화 및 성형시킨 다음, 200-250℃의 온도에서 30-300kg/㎠의 압력으로 2-5시간 유지후 냉각하여 2차 경화 및 성형시키는 2단계 과정으로 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.According to claim 1, wherein the curing and molding treatment is maintained at a pressure of 30-300kg / ㎠ at a temperature of 150-200 ℃ 2-5 hours the first curing and molding, then 30-300kg at a temperature of 200-250 ℃ The method is characterized in that it is carried out in a two-step process of cooling and secondary curing and molding after holding for 2-5 hours at a pressure / cm 2.
KR1019910025132A 1991-12-30 1991-12-30 Process for producing carbon/carbon composite using coaltar-phenol resin KR940010099B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019910025132A KR940010099B1 (en) 1991-12-30 1991-12-30 Process for producing carbon/carbon composite using coaltar-phenol resin

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019910025132A KR940010099B1 (en) 1991-12-30 1991-12-30 Process for producing carbon/carbon composite using coaltar-phenol resin

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR930012641A KR930012641A (en) 1993-07-21
KR940010099B1 true KR940010099B1 (en) 1994-10-21

Family

ID=19326647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019910025132A KR940010099B1 (en) 1991-12-30 1991-12-30 Process for producing carbon/carbon composite using coaltar-phenol resin

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR940010099B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101242377B1 (en) * 2011-10-05 2013-03-15 전남대학교산학협력단 Preparation method of carbon-carbon composite fiber, and application to carbon heating element and carbon heater using the same
KR101356893B1 (en) * 2012-09-05 2014-01-29 엘지전자 주식회사 Preparation method of carbon-carbon composite fiber, application to carbon heater and cooker

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970042374A (en) * 1995-12-30 1997-07-24 석진철 Method for manufacturing primary carbides of carbon / carbon composites

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101242377B1 (en) * 2011-10-05 2013-03-15 전남대학교산학협력단 Preparation method of carbon-carbon composite fiber, and application to carbon heating element and carbon heater using the same
KR101356893B1 (en) * 2012-09-05 2014-01-29 엘지전자 주식회사 Preparation method of carbon-carbon composite fiber, application to carbon heater and cooker
US20140065912A1 (en) * 2012-09-05 2014-03-06 Youngjun Lee Method of preparing a carbon-carbon composite fiber and a carbon heater manufactured using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR930012641A (en) 1993-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5382392A (en) Process for fabrication of carbon fiber-reinforced carbon composite material
US5057254A (en) Process for producing carbon/carbon composites
US4350672A (en) Binderless carbon or graphite articles
US5336522A (en) Method of manufacturing parts made of ceramic matric composite material
US4101354A (en) Coating for fibrous carbon material in boron containing composites
US3728423A (en) Matching the volume shrinkage of organic fibers to that of the resin matrix in carbon or graphite composites
JPH03150266A (en) Production of carbon/carbon composite material
KR940010099B1 (en) Process for producing carbon/carbon composite using coaltar-phenol resin
US4571317A (en) Process for producing binderless carbon or graphite articles
US4164601A (en) Coating for fibrous carbon material in boron containing composites
USH420H (en) Co-pyrolysis process for forming carbonized composite bodies
JP3288408B2 (en) Manufacturing method of general-purpose carbon fiber reinforced carbon material
JP2001181062A (en) Carbon fiber-reinforced carbon composite material impregnated with resin and method for producing the same
JPH04160059A (en) Production of carbon fiber reinforcing carbon composite material
KR970007019B1 (en) Process for the preparation of carbon fiber reinforced carbon composite using pitch
JPS62252371A (en) Manufacture of carbon fiber reinforced carbon composite material
JPH0426547A (en) Production of carbon reinforced carbon composite material
JPS62212262A (en) Manufacture of carbon fiber reinforced carbon material
JP3004777B2 (en) Method for producing precursor molded body for carbon fiber reinforced carbon composite material
JP2762461B2 (en) Method for producing carbon fiber reinforced carbon composite
JPH03197363A (en) Production of carbon fiber-reinforced carbon composite material
JP3235682B2 (en) Method for producing cylindrical porous carbon molded body
JP2676211B2 (en) Method for manufacturing carbon / carbon composite material
JPH0512398B2 (en)
JPH06157138A (en) Production of carbon fiber reinforced carbon composite material

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20031002

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee