JP6780921B2 - 炭素繊維寄与率の高い、高機能炭素/炭素複合材 - Google Patents
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例えばレジンチャー法により板状の炭素/炭素複合材を製造する場合、典型的には以下のような工程をとる。
(1)炭素繊維織物にフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸し半硬化させてプリプレグを製造する工程、
(2)上記プリプレグを複数枚重ねて、加熱・加圧し、板状に成形する工程(プリフォーム成形工程とも言う)、
(3)上記板状成形体を加熱し炭化処理する工程、
(4)炭化処理した板状成形体にピッチ(又は樹脂)を含浸する工程、
(5)ピッチ(又は樹脂)を含浸した板状成形体を加熱し炭化処理する工程、
(6)板状成形体を更に加熱し黒鉛化処理する工程、
(7)(4)、(5)、(6)の工程を3〜4回繰り返す。
なお、バインダーピッチ粉末、コークス粉末、および粘結剤とからなる混合物に転化する溶剤としては、アルコール等の有機溶剤または水を使用することができる。
このチョップドストランドは、所定空間を有する成形金型のなかに、ランダムに投入し、これをホットプレス等によって加圧加熱することにより、炭素/炭素複合材の中間成形体を成形することができる。 この中間成形体を炭化温度、あるいは黒鉛化温度まで焼成することにより、炭素繊維の方向がランダムに配向された炭素/炭素複合材の成形体を得ることができる。
このチョップドストランドは、所定空間を有する成形金型のなかに、ランダムに投入し、これをホットプレス等によって加圧加熱することにより、炭素/炭素複合材の中間成形体を成形することができる。 この中間成形体を炭化温度、あるいは黒鉛化温度まで焼成することにより、炭素繊維の方向がランダムに配向された炭素/炭素複合材の成形体を得ることができる。
(a)フリースとよばれるシート状の炭素繊維の短繊維の集積層を形成する工程、
(b)接着樹脂を含浸あるいはスプレー等の方法でフリースに付着させ、加熱・乾燥させて繊維の交点を接着することにより、短繊維同士を結合させる工程。
(a)短繊維炭素繊維を水中に分散する工程、
(b)水中に分散させた炭素繊維を網状のネット上に漉きあげシート状にする工程、
(c)漉きあげたシート状炭素繊維から脱水する工程、
(d)脱水したシート状炭素繊維に接着樹脂を付着させ、炭素繊維同士を接着させる工程、
(e)接着樹脂を付着させたシート状炭素繊維を乾燥させる工程。
最終的な炭素繊維の体積含有率が25%程度以下になるように、炭素繊維とマトリクスの量を調整し、ホットプレスにて加圧、加熱して積層板を成形し、その後2000℃〜2500℃まで熱処理した。
なお、以下において、プリフォームドヤーン、マトリクス含有一方向強化材、およびマトリクス含有クロスを中間材として使用した積層板を「2D」材と呼び、マトリクス含有不織布を中間材として使用した積層板を「不織布」材と呼ぶ。
なお、表−3に示す破断ひずみエネルギーUは、破断に至るまでの吸収エネルギーを表すものであり、U=(σ2/E)/2で表されるものであって、σは引張破壊強度、Eは弾性率である。
一方、本発明にかかる炭素/炭素複合材料では、比較例に比べて炭素繊維の体積含有率が低下したことにほぼ比例して、弾性率が低下している。
Claims (3)
- 連続炭素繊維トウ又は短繊維炭素繊維を強化繊維とし、軟化性を有する石油及び/又は石炭系バインダーピッチ粉末と、軟化性を有しない石油及び/又は石炭系コークス粉末をマトリックス成分の出発材料として、プリフォームドヤーン又はマトリクス含有一方向強化材を中間材として使用し、炭素繊維の向きを0°、90°の向きに順番に積層した積層板から製造された炭素/炭素複合材料、又は、マトリクス含有クロス又はマトリクス含有不織布を中間材として使用し、クロス又は不織布の方向性を変えることなく積層した積層板から製造された炭素/炭素複合材料であって、
当該強化繊維の体積含有率が15%から25%であり、
当該炭素/炭素複合材料の繊維方向における熱伝導率KLと繊維方向と直角方向における熱伝導率KTとの比KT/KLが0.5以上であることを特徴とする炭素/炭素複合材料。 - 連続炭素繊維トウ又は短繊維炭素繊維を強化繊維とし、軟化性を有する石油及び/又は石炭系バインダーピッチ粉末と、軟化性を有しない石油及び/又は石炭系コークス粉末をマトリックス成分の出発材料として、プリフォームドヤーン又はマトリクス含有一方向強化材を中間材として使用し、炭素繊維の向きを0°、90°の向きに順番に積層した積層板から製造された炭素/炭素複合材料、又は、マトリクス含有クロス又はマトリクス含有不織布を中間材として使用し、クロス又は不織布の方向性を変えることなく積層した積層板から製造された炭素/炭素複合材料であって、
当該強化繊維の体積含有率が15%から25%であり、
当該炭素/炭素複合材料の繊維方向における体積抵抗率ρLと繊維方向と直角方向における体積抵抗率ρTとの比ρT/ρLが2以下であることを特徴とする炭素/炭素複合材料。 - 連続炭素繊維トウ又は短繊維炭素繊維を強化繊維とし、軟化性を有する石油及び/又は石炭系バインダーピッチ粉末と、軟化性を有しない石油及び/又は石炭系コークス粉末をマトリックス成分の出発材料として、プリフォームドヤーン又はマトリクス含有一方向強化材を中間材として使用し、炭素繊維の向きを0°、90°の向きに順番に積層した積層板から製造された炭素/炭素複合材料、又は、マトリクス含有クロス又はマトリクス含有不織布を中間材として使用し、クロス又は不織布の方向性を変えることなく積層した積層板から製造された炭素/炭素複合材料であって、
当該強化繊維の体積含有率が15%から25%であり、
当該炭素/炭素複合材料の繊維方向における破断ひずみエネルギーUが300×103J/m3以上であることを特徴とする炭素/炭素複合材料。
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JP2015128353A JP6780921B2 (ja) | 2015-06-26 | 2015-06-26 | 炭素繊維寄与率の高い、高機能炭素/炭素複合材 |
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JP2017008272A JP2017008272A (ja) | 2017-01-12 |
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