KR970008693B1 - Process for the preparation of carbon composite material - Google Patents

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Abstract

A process for producing a carbon-fiber reinforced carbon composite article with high-density comprises the steps of: adding 2-20% of sulfur and 2-25% cokes (based on the weight of the pitch mixture) to pitch; adding 10-70% of carbon fibers based on the volume of the composite article to the pitch mixture; heating the mixture at 400-600 deg.C for 0.5-8 hr under an inert atmosphere, followed by pressure forming under 30-300kg/cm3; carbonizing at 500-1,000 deg.C under the same pressure.

Description

고밀도 탄소섬유강화 탄소복합재의 제조방법Manufacturing method of high density carbon fiber reinforced carbon composite material

본 발명은 항공기용 브레이크 디스크, 로켓 노즐, 우주황복선의 열차폐제 등의 우주항공 재료나 금속과 세라믹의 소결용 핫프레스 다이(Hot press die), 금속의 소성 성형용 치구 등의 기계용 소재로서 사용되는 탄소섬유강화 탄소 복합재의 제조방법으로서, 보다 상세히는 강화재로서 탄소섬유를 사용하고 매트릭스(Matrix)의 주원료로서 핏치를 사용하는 고밀도 탄소섬유강화 탄소복합재의 제조방법에 관한 것이다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used for aerospace materials such as aircraft brake discs, rocket nozzles, heat shields of space shuttles, mechanical materials such as hot press dies for sintering metals and ceramics, and jig for plastic molding of metals. As a method for producing a carbon fiber reinforced carbon composite material, more particularly, a method for producing a high density carbon fiber reinforced carbon composite material using carbon fiber as a reinforcing material and pitch as a main raw material of a matrix.

일반적으로 탄소섬유강화 탄소복합재는 탄소섬유에 수지나 핏치 등 유기물을 액상으로 함침하고, 이를 성형 및 경화시킨 후 탄화하거나, 혹은 탄화수소기체의 화학기상 증착법에 의해 탄소섬유 사이에 열분해 탄소를 충진시키는 방법으로 제조된다.In general, carbon fiber-reinforced carbon composite materials impregnate carbon fibers with organic materials such as resins and pitches in a liquid phase, and carbonize them after molding and curing them, or filling pyrolytic carbon between carbon fibers by chemical vapor deposition of hydrocarbon gas. Is prepared.

상기 두가지 방법중 전자의 경우, 특히 핏치를 이용하는 경우에는 원료의 값이 싸고 탄화후 얻어지는 탄소질의 흑연화성이 우수하며 열전도도가 높아 탄소섬유강화 탄소복합재의 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있어 탄소섬유강화 탄소복합재 제조에 널리 이용되고 있다.Among the above two methods, in the case of using pitch, in particular, when using pitch, carbon fiber has the advantage of improving the performance of carbon fiber-reinforced carbon composite material, which is low in raw material, excellent in graphitization of carbonaceous carbon obtained after carbonization, and high in thermal conductivity. It is widely used in the production of reinforced carbon composite materials.

그러나, 핏치를 이용한 탄소섬유강화 탄소복합재의 제조에 있어서 액상 함침후 탄화시킬 때 핏치류 매트릭스 원료중에 함유되어 있는 성분중 일부가 휘발함으로써 탄화후의 복합재 내부에 기공이 형성되기 때문에, 수지 또는 핏치를 함침하고 탄화하는 과정을 여러번 반복하여 치밀화를 꾀하지 않으면 안되며, 또한 함침과 탄화를 반복하는 회수가 많아질수록 복합재를 제조하는데 서용되는 시간과 비용이 증가하여 경제성이 떨어지게 되는 단점이 있기 때문에 가능한 한 한번에 밀도가 높은 탄소섬유강화 탄소 복합재를 제조하는 방법이 요구되고 있다.However, in the production of carbon fiber-reinforced carbon composite materials using pitch, some of the components contained in the pitch matrix material volatilize when carbonizing after liquid impregnation, so that pores are formed in the composite material after carbonization, so that the resin or pitch is impregnated. And densification by repeating the carbonization process several times. Also, as the number of times of repeated impregnation and carbonization increases, the time and cost used to manufacture the composite increases and the economical efficiency decreases. There is a need for a method for producing a high carbon fiber reinforced carbon composite material.

이러한 고밀도 탄소섬유강화 탄소복합재를 얻기 위한 종래기술로는 여러가지를 들 수 있는데, 그 대표적인 예로서 다음과 같은 방법을 들 수 있다.Conventional techniques for obtaining such a high-density carbon fiber-reinforced carbon composite material include various methods, and the following methods can be mentioned as a representative example.

즉, 유럽특허 323750호, 유럽특허 335736호 및 일본특개평 2-258576호에 제시된 바에 의하면 탄화할때 가반반응기를 이용하여 수십 또는 수백기압의 압력을 걸어줌으로써 핏치를 탄화수율을 높여서 복합재의 치밀화를 꾀하는 방법이 시도되었다.That is, according to European Patent 323750, European Patent 335736, and Japanese Patent Laid-Open No. 2-258576, the carbonization yield is increased by increasing the carbonization yield by applying a pressure of several tens or hundreds of atmospheric pressure using a carry-on reactor. Tried to try.

그러나 이 방법은 제조하고자 하는 복합재의 크기가 증가하면 제조하기 곤란할 뿐만 아니라 압력반응기의 가격이 비싸서 특히 소형복합재를 제조하고자 하는 경우에는 경제성이 없다는 단점이 있다.However, this method is difficult to manufacture when the size of the composite material to be manufactured is not only difficult, but the pressure reactor is expensive, especially in the case of manufacturing a small composite material, there is a disadvantage that there is no economic.

또한, 매트릭스 원료인 핏치를 열처리하거나 용매출처리하여 탄화수율이 높은 성분으로 조정하는 방법으로, 이방성 액정핏치를 이용하는 방법(탄소, 제123호, 150쪽, 1985년), 자기소결성 코크스를 이용하는 방법(일본특개소 60-54974 및 일본특개소 61-21973호) 및 핏치 미소구체를 이용하는 방법(일본특개평 1-239060호)등을 들 수 있는데, 이 방법들은 핏치를 처리하는 조건이 까다롭고 별도의 열처리 공정이 필요하다.In addition, a method of adjusting the pitch of the matrix raw material to a component having high carbon yield by heat treatment or solvent extraction treatment, using anisotropic liquid crystal pitch (Carbon No. 123, p. 150, 1985), and using self-sintering coke (Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-54974 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-21973) and how to use pitch microspheres (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-239060), etc., which are difficult to process pitches. Heat treatment step is required.

특히, 상기의 열처리 생성물은 원래의 핏치보다 용융점도가 더 높아져서 함침하기가 쉽지 않은 문제점이 있다.In particular, the heat treatment product has a problem that the melt viscosity is higher than the original pitch is not easy to impregnate.

이에 본 발명자들은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 탄화수율이 높은 매트릭스 원료를 핏치에 대하여 여러가지 개질(改質)처리를 해본 결과, 핏치에 적정량의 황을 첨가하여 열처리하면 그 열처리 생성물은 원래의 핏치보다 탄화수율이 증가한다는 것을 발견하여 이를 특허출원(특허출원 제94-26952호)한 바 있으며, 본 발명은 보다 개선된 고밀도 탄소섬유 강화 탄소복합재 제조방법에 관한 것으로 본 발명자는 매트릭스 원료로서 황이 첨가된 핏치에 일정량의 코크스 분말을 첨가하면, 코크스 분말 자체의 약 90중량%의 높은 탄화수율로 인해 더욱 밀도가 높은 탄소/탄소 복합재를 제조할 수 있음을 발견하였다.In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have performed various modification treatments on the pitch of matrix raw materials having a high carbon yield, and when the heat is added with an appropriate amount of sulfur to the pitch, the heat-treated product is It has been found that the carbonization yield is higher than that of the pitch and has been patented (Patent Application No. 94-26952). The present invention relates to an improved method for producing a high-density carbon fiber reinforced carbon composite material. It has been found that adding a certain amount of coke powder to the added pitch can produce a denser carbon / carbon composite due to the high carbon yield of about 90% by weight of the coke powder itself.

이에, 본 발명의 목적은 핏치에 황과 코크스를 첨가하여 매트릭스 원료로 사용함으로써 보다 간단하게 고밀도의 탄소 섬유강화 탄소복합재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a high density carbon fiber reinforced carbon composite material more simply by adding sulfur and coke to the pitch and using it as a matrix raw material.

본 발명에 의하면, 핏치에 핏치 혼합물의 중량기준으로 황 2-20중량% 및 코크스 2-25중량%를 첨가 혼합하여 핏치 혼합물을 형성하는 단계; 상기 핏치혼합물에 전체 혼합물의 체적기준으로 10-70%되게 탄소섬유를 첨가하여 탄소 및 핏치 혼합물을 형성하는 단계; 상기 탄소 및 핏치 혼합물을 불활성 분위기하에서 400-600℃의 온도에서 0.5-8시간 열처리하는 단계; 상기 열처리 후 30-300kg/cm2압력으로 가압성형하는 단계; 및 상기 가압상태를 유지하면서 500-1000℃로 탄화처리하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 핏치를 이용한 고밀도 탄소 복합재 제조방법이 제공된다.According to the present invention, adding and mixing 2-20% by weight of sulfur and 2-25% by weight of coke on the basis of the weight of the pitch mixture to form a pitch mixture; Adding carbon fiber to the pitch mixture to 10-70% by volume of the total mixture to form a carbon and pitch mixture; Heat treating the carbon and pitch mixture at a temperature of 400-600 ° C. under an inert atmosphere for 0.5-8 hours; Press molding at 30-300 kg / cm 2 pressure after the heat treatment; And carbonizing at 500 to 1000 ° C. while maintaining the pressurized state.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 핏치에 황과 코크스를 첨가한 다음 이를 탄소섬유와 혼합한 후 열처리함으로써 매트릭스 원료의 탄화수율을 증대시키고, 또한 가압성형 후에는 탄화과정에서 복합재를 가압상태로 유지하여 매트릭스 원료를 충분히 고화시킴으로써 복합재의 변형을 방지하는데 그 특징이 있다.The present invention increases the carbonization yield of the matrix raw material by adding sulfur and coke to the pitch and then mixing it with carbon fiber and heat treatment, and after press molding, the composite material is kept in a pressurized state during the carbonization to sufficiently solidify the matrix raw material. It is characterized by preventing deformation of the composite material.

본 발명에 있어서, 매트릭스 원료로 사용하는 핏치는 콜타르(Coal tar)나 석유계 중질유(中質油)로부터 제조된 석탄계 핏치 및 석유계 핏치 또는 기타 유기물로부터 합성된 핏치 모두 사용 가능한 것이다.In the present invention, the pitch used as the matrix raw material can be both a coal pitch made from coal tar or petroleum heavy oil, and a pitch synthesized from petroleum pitch or other organic matter.

또한 첨가물인 코크스는 분말상이 좋은데, 가능한 한 미세한 것이 균일하게 혼합되도록 하는데 유리하고 탄소섬유 사이에 고르게 분포될 수 있으며, 대체로 직경이 100μm이하의 분말이면 좋다. 코크스의 분쇄방법으로는 크루시블(Crucible)을 이용하거나 젯트 밀(Jet Mill)을 이용하는 건식방법 또는 아드리타(Attritor)를 이용하는 습식방법 모두 가능하다. 그리고 상기 코크스를 황과 함께 핏치에 첨가하는 방법은 볼밀(Ball mill)등을 이용하면 균일하게 혼합함과 동시에 분말을 더욱 미세하게 파쇄할 수 있으므로 바람직하다. 또한 상기 황의 첨가량이 2중량% 이하인 경우에는 핏치의 탄화수율을 높이기 어렵고, 20중량% 이상인 경우에는 열처리후 생성물의 점도가 너무 높아져 성형하기 어려우므로 황을 2-20중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.In addition, the coke, which is an additive, has a good powder shape, which is advantageous in order to mix as fine as possible and can be evenly distributed among the carbon fibers, and may be powder having a diameter of 100 μm or less in general. The coke may be pulverized using Crucible, a dry method using a Jet Mill, or a wet method using an Atritor. In addition, a method of adding coke to the pitch together with sulfur is preferable because it can be uniformly mixed and finely pulverized powder using a ball mill or the like. In addition, when the amount of sulfur added is 2 wt% or less, it is difficult to increase the carbonization yield of the pitch, and when it is 20 wt% or more, it is preferable to add sulfur at 2-20 wt% because the viscosity of the product is too high to be formed after heat treatment. .

상기 코크스의 첨가량이 2중량% 이하인 경우에는 코크스의 첨가효과가 저조하며, 25중량% 이상인 경우에는 코크스 자체의 소결성이 적기 때문에 핏치와의 결합력이 약해져 결과적으로 복합재의 강도가 저하됨으로 코크스를 2-25중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.When the amount of coke added is less than 2% by weight, the effect of adding coke is low. When the amount of coke is 25% by weight or more, the coke itself is less sintered, and thus, the cohesion of the coke is weakened. It is preferred to add at 25% by weight.

한편, 강화재로 이용하는 탄소섬유 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile)계나 핏치계 어느 것을 사용해도 상관 없으며, 섬유형태는 길이가 3cm 이하인 촙드화이버(Chopped fiber) 및 밀드 화이버(Milled fiber)와 같은 단섬유(短纖維)형태를 사용하는 것이 핏치와 균일하게 혼합하기 용이함으로 바람직하다.On the other hand, the carbon fiber polyacrylonitrile or pitch system used as a reinforcing material may be used, and the fiber type may be short fibers such as chopped fibers and milled fibers having a length of 3 cm or less. Iii) It is preferable to use the form because it is easy to mix uniformly with the pitch.

본 발명에 있어서, 핏치에 황과 코크스를 첨가한 후, 이를 탄소섬유와 혼합하는 방법으로는 통상의 방법을 사용할 수도 있으나 핏치에 황과 코크스를 첨가할 때 탄소섬유를 같이 첨가하여 혼합한 뒤 가열하여 함침하는 것이 바람직하다.In the present invention, after adding sulfur and coke to the pitch, it may be a conventional method as a method of mixing it with carbon fiber, but when adding sulfur and coke to the pitch, carbon fiber is added and mixed together and heated Impregnation is preferred.

또한 함침할 때의 가열온도는 사용하는 핏치의 성분과 종류에 따라 다르지만 대체로 핏치의 연화점보다 50-100℃ 높은 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 핏치는 일반적으로 온도상승에 따라 점도가 낮아지며 연화점보다 50℃ 높은 온도에서부터 용융되기 시작하고 연화점보다 100℃ 높은 온도까지 계속 점도가 낮아지다가 그 이후에는 큰 변화가 없기 때문이다.Moreover, although the heating temperature at the time of impregnation changes with the component and kind of pitch used, it is preferable to heat to 50-100 degreeC higher than the softening point of a pitch generally. This is because the pitch generally decreases with increasing temperature and starts to melt at a temperature above 50 ° C above the softening point, and continues to decrease until it reaches 100 ° C above the softening point, after which there is no significant change.

이때, 황과 코크스가 첨가된 핏치에 혼합되는 탄소섬유의 양은 통상적으로 10-70체적% 범위로 사용되는데, 강화섬유가 너무 적으면 매트릭스가 취약하게 되고, 너무 많으면 상대적으로 매트릭스의 양이 줄어들어 결합력이 떨어진다.At this time, the amount of carbon fiber mixed in the pitch added with sulfur and coke is typically used in the range of 10-70% by volume. If the amount of reinforcing fibers is too small, the matrix becomes weak, and if the amount is too high, the amount of the matrix is relatively reduced, so that the adhesion Falls.

이후, 황과 코크스가 첨가된 핏치와 탄소섬유의 혼합물을 원하는 용도에 맞게 몰드내에 적층, 배열, 또는 분산시키고, 이어서 핫 프레스(Hot press) 장치를 이용하여 불활성 분위기 하에서 열처리한 후 가압하여 성형한다. 이때 열처리 온도는 400 내지 600℃의 온도범위로하여 열처리하는 것이 바람직하다. 열처리온도가 400℃ 이하인 경우에는 핏치의 열분해 반응 또는 핏치성분과 황과의 반응이 충분히 일어나지 않거나 시간이 너무 오래 걸리며, 600℃ 이상인 경우에는 상기 반응이 급속히 일어나 핏치의 점도가 너무 높아지므로 성형하기 어렵게 된다.Thereafter, a mixture of pitch and carbon fiber to which sulfur and coke is added is laminated, arranged or dispersed in a mold according to a desired use, and then heat-treated under an inert atmosphere using a hot press device and then press-molded. . At this time, the heat treatment temperature is preferably a heat treatment to a temperature range of 400 to 600 ℃. When the heat treatment temperature is 400 ° C. or less, the pyrolysis reaction of the pitch or the reaction between the pitch component and sulfur does not occur sufficiently or takes too long. When the heat treatment temperature is 600 ° C. or higher, the reaction occurs rapidly and the viscosity of the pitch becomes too high, making it difficult to mold. do.

또한 열처리할 때의 시간은 저온에서 비교적 장시간을 요하고 고온에서는 단시간에도 가능하지만, 상기 온도범위 이내에서는 0.5 내지 8시간이면 충분하며, 중요한 것은 핏치의 종류나 황 또는 코크스의 첨가비율 등에 따라 적절히 조절하여야 한다는 것이다.In addition, the time for heat treatment requires a relatively long time at low temperatures and even a short time at high temperatures, 0.5 to 8 hours is sufficient within the above temperature range, the important thing is appropriately adjusted according to the type of pitch or the addition ratio of sulfur or coke, etc. It should be.

상기 열처리 종료후 그 온도에서 그대로 가압성형하게 되는데, 30-300kg/cm2의 성형압력으로 가압성형하는 것이 바람직하다. 성형압력이 30kg/cm2이하인 경우에는 충분히 성형되지 않으며, 300kg/cm2이상인 경우에는 코크스 분말이 탄소섬유의 표면에 압력을 가하여 탄소섬유가 절단되거나 파손됨으로 결과적으로 복합재가 취약해지기 때문이다.After the end of the heat treatment, but the pressure molding as it is, it is preferable to press the molding at a molding pressure of 30-300kg / cm 2 . If the molding pressure is less than 30kg / cm 2 is not sufficiently molded, if the 300kg / cm 2 or more is because the coke powder is pressured on the surface of the carbon fiber, the carbon fiber is cut or broken, and as a result the composite is weak.

이와 같이 성형이 끝난후에는 가압상태를 그대로 유지하면서 온도를 500℃ 이상으로 유지하면서 탄화함으로써 탄소섬유강화 탄소복합재를 제조하는데, 이때 탄화온도가 500℃인 경우에는 탄화가 충분히 일어나지 않기 때문에 500℃ 이상으로 유지하여야 하며, 그 이상의 온도면 모두 가능하지만 핫 프레스의 가열용량이 몰드의 재질등에 따라 한정될 수 있으며, 통상 1000℃ 이하에서 탄화하는 것으로 충분하다.After the molding is completed, carbon fiber-reinforced carbon composite material is produced by carbonization while maintaining the pressure at 500 ° C. or higher, but at this time, when the carbonization temperature is 500 ° C., the carbonization does not occur sufficiently. The temperature of the hot press may be limited, but the heating capacity of the hot press may be limited according to the material of the mold, and it is usually sufficient to carbonize at 1000 ° C. or lower.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

[실시예]EXAMPLE

하기 표 1과 같은 특성을 지닌 콜타르 핏치를 분쇄하여 제조한 크기가 70-100메쉬인 핏치 분말에, 일정량의 황분말을 첨가하고, 여기에 하기 표 2와 같은 특성을 지닌 코크스를 아트리타로 분쇄하여 일정한 크기로 분급한 코크스 분말을 일정량 첨가한 후, 볼밀을 이용하여 혼합하였다. 이어서, 상기 혼합물 30g과 폴리아크릴로 니트릴계 탄소섬유를 잘라 길이 10mm로 만든 촙드 화이버 20g을 혼합한 후, 가로와 세로가 각각 5cm인 몰드에 분산시키고, 이 몰드를 분위기 조절이 가능한 핫 프레스에 장착하여 질소가스를 흘려보내면서 분당 10℃의 승온속도로 가열하여 열처리한 후 가압하여 성형하였다. 이어서 몰드 내에서 가압된 상태 그대로 온도를 700℃로 올려서 0.5시간 탄화한 후 냉각하여 완성된 탄소섬유 강화 탄소복합재의 밀도를 측정하였다. 황과 코크스의 첨가량, 열처리 온도와 시간, 그리고 성형압력을 하기 표 3과 같이 조절하여 발명예 1-6 및 비교예 1-6의 탄소섬유 강화 탄소복합재를 제조한 다음 각각의 밀도를 하기 표 3에 나타내었다.To a pitch powder having a size of 70-100 mesh prepared by pulverizing coal tar pitch having the characteristics as shown in Table 1, a certain amount of sulfur powder was added, and the coke having the characteristics as shown in Table 2 was crushed into atrita. After a certain amount of coke powder classified into a constant size was added, it was mixed using a ball mill. Subsequently, 30 g of the mixture was mixed with 20 g of chopped fiber made of 10 mm in length by cutting polyacrylonitrile-based carbon fibers, and then dispersed in a mold having a width and length of 5 cm, respectively, and the mold was mounted on an atmosphere-controlled hot press. While flowing the nitrogen gas by heating at a temperature rising rate of 10 ℃ per minute, heat treatment and then pressurized and molded. Subsequently, the temperature was raised to 700 ° C. as it was pressurized in the mold and carbonized for 0.5 hour, followed by cooling to measure the density of the completed carbon fiber reinforced carbon composite material. The addition amount of sulfur and coke, the heat treatment temperature and time, and the molding pressure were adjusted as shown in Table 3 to prepare the carbon fiber-reinforced carbon composite materials of Inventive Example 1-6 and Comparative Example 1-6, and then the density of each Shown in

[표 1]TABLE 1

[표 2]TABLE 2

[표 3]TABLE 3

상기 표 3에 의하면 적정량의 황과 코크스를 첨가한 핏치를 매트릭스 원료로 사용한 발명예(1)-(6)의 경우는 황을 전혀 첨가하지 않고 코크스만 첨가하여 제조한 비교예(1)의 경우 또는 코크스를 첨가하지 않고 황만을 첨가하여 제조된 비교예(2)에 비하여 탄소복합재의 밀도가 치밀함을 알 수 있다.According to Table 3, in the case of Inventive Examples (1) to (6) using pitches containing an appropriate amount of sulfur and coke as a matrix raw material, Comparative Example (1) prepared by adding only coke without adding sulfur at all Or it can be seen that the density of the carbon composite material is dense as compared to Comparative Example (2) prepared by adding only sulfur without adding coke.

또한, 비교예(3)와 같이 적정량의 황과 코크스를 첨가하였더라도 성형 압력이 너무 낮으면 고밀도의 복합재를 제조하기 어려움을 알 수 있다.In addition, even when the appropriate amount of sulfur and coke is added as in Comparative Example (3) it can be seen that if the molding pressure is too low, it is difficult to produce a high-density composite.

또한, 비교예(4)와 같이 코크스의 첨가량이 과다하면 복합재의 가압성형이 어려워 밀도가 낮아짐을 알 수 있다.In addition, as in Comparative Example (4), if the amount of added coke is excessive, it can be seen that the press molding of the composite material is difficult and the density is low.

한편 비교예(2)와 같이 적정량의 황과 코크스를 첨가하였더라도, 열처리온도가 지나치게 낮아 열처리효과가 불충분하면 핏치의 탄화수율을 높일 수 없기 때문에 치밀한 복합재를 제조하기 어려움을 알 수 있다.On the other hand, even if the addition of the appropriate amount of sulfur and coke as in Comparative Example (2), it can be seen that it is difficult to produce a dense composite material because the carbonization yield of the pitch can not be increased if the heat treatment temperature is too low and insufficient heat treatment effect.

또한 비교예(6)과 같이 첨가하는 코크스의 크기가 지나치게 크면 코크스 분말이 탄소섬유 사이에 골고루 치밀하게 분포하기 어렵기 때문에 복합재의 밀도가 저조함을 알 수 있다.In addition, it can be seen that when the size of the coke added as in Comparative Example (6) is too large, the density of the composite material is low because the coke powder is difficult to evenly distribute evenly among the carbon fibers.

상술한 바와 같이 본 방법에 따라 핏치에 황과 코크스를 첨가함으로써 탄화수율이 개선된 핏치를 매트릭스 원료를 사용함과 동시에 열처리 조건을 제어하고 적정 압력으로 가압성형한 후 그 가압상태를 유지하면서 탄화처리 함으로써, 밀도가 높은 탄소섬유강화 탄소복합재를 제조할 수 있으며, 특히, 탄소복합재 제조공정에 있어서, 치밀화 공정을 단축시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.As described above, by adding sulfur and coke to the pitch according to the present method, the pitch which is improved in carbonization yield is carbonized while controlling the heat treatment conditions, pressing the mold at an appropriate pressure and maintaining the pressurized state by controlling the heat treatment conditions. In addition, the carbon fiber-reinforced carbon composite material having a high density can be produced. In particular, in the carbon composite material manufacturing process, the densification process can be shortened.

Claims (2)

핏치에 핏치혼합물의 중량기준으로 황 2-20중량% 및 코크스 2-25중량%를 첨가혼합하여 핏치혼합물을 형성하는 단계; 상기 핏치혼합물에 전체 혼합물의 체적기준으로 10-70% 되게 탄소섬유를 첨가하여 탄소섬유 및 핏치 혼합물을 형성하는 단계; 상기 탄소 섬유 및 핏치혼합물을 불활성 분위기하에서 400-600℃의 온도에서 0.5-8시간 열처리하는 단계; 상기 열처리 후 30-300kg/cm2압력으로 가압성형하는 단계 및 상기 가압상태를 유지하면서 500-1000℃로 탄화처리하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 핏치를 이용한 고밀도 탄소복합재 제조방법.Adding 2-20 wt% of sulfur and 2-25 wt% of coke to the pitch based on the weight of the pitch mixture to form a pitch mixture; Adding carbon fiber to the pitch mixture so as to be 10-70% based on the volume of the entire mixture to form a carbon fiber and a pitch mixture; Heat treating the carbon fiber and the pitch mixture at a temperature of 400-600 ° C. under an inert atmosphere for 0.5-8 hours; Press-molding at 30-300kg / cm 2 pressure after the heat treatment and carbonizing at 500-1000 ° C. while maintaining the pressurized state. 제1항에 있어서, 상기 코크스는 입자크기가 100μm 이하인 분말임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the coke is a powder having a particle size of 100 μm or less.
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