JPH03109266A - 炭素繊維強化炭素複合材料 - Google Patents

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関する。

（従来の技術） 炭素繊維強化炭素複合材料（以下Ｃ／Ｃ複合材と呼称す
る）は、軽量であシ、優れた機械的特性。

耐熱性を有する。このためディスクブレーキ、ロケット
ノズル等の宇宙航空材料をはじめ、高温下で使用される
各種の部材として極めて有用である。

このＣ／Ｃ複合材の製造手段としては、炭素繊維の織布
、不織布等に熱硬化性樹脂やタール、ピッチ等の結合材
を含浸又は塗布し、これを積層して成形し、焼成を行い
、さらに結合材の含浸、焼成を〈シ返す方法がある。し
かし、この様な方法で得られたＣ／Ｃ複合材には、積層
面での強度（層間強度）が面方的に比べ著しく弱いとい
う欠点がある。所要形状の３次元織物を用い、これに結
合材を含浸し、焼成するという方法をとれば、この様な
問題は生じないが、３次元織物は極めて高価なため、ご
く限られた用途にしか適用できない。

そこで１層間強度を向上させるいくつかの手段が提案さ
れている。例えば特開昭５９−６９４０８号公報に示さ
れる積層した炭素繊維布を他の炭素繊維で縫い合わせる
方法、特開昭５７−２７７４６号公報に示される積層し
九炭素繊維布の層間を貫通してニードルを配する方法が
あげられる。また炭素繊維布とばらばらの短繊維からな
る層を交互忙積層し、ばらばらの短繊維が炭素繊維布に
部分的に侵入するように配向させて一体化させる方法（
特公昭５８−３０２４５号公報）がある。

（発明が解決しようとする課題） 特開昭５９−６９４０８号公法に示される方法では、積
層体を縫い合わせるという複雑な工程を要するため、そ
のコストは高くなシ、かつ縫合の際に炭素繊維布の繊維
を傷つけるため９面方的の強度が低下する恐れがある。

これは特開昭５７−２７７４６号公報に示されるニード
ルパンチを用いる場合も同様である。

また特公昭５８−３０２４５号公報の方法は。

ばらばらの短繊維が炭素繊維布に部分的に侵入するよう
に配向させるために、短繊維を含む水流あるいは空気流
を炭素繊維布に強制的に通すという手法を用いておシ、
やけシコスト的に高価なものとなる。

本発明は、容易かつ安価に製造できる高い層間強度を有
するＣ／Ｃ複合材を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、炭素繊維の織布又は不織布（以下。

両者を合わせて炭素繊維布と呼称する）と炭素短繊維の
等吉凶な造粒物から彦る層とが交互に積層され、該積層
物が炭素マトリックスで結合されているＣ／Ｃ複合材に
関する。

本発Ｆ！Ａにおいて、炭素繊維布はその来歴に制限はな
く、ｔた形態も布、ペーハー、フェルト、マット等特に
制限はないが、布が好ましい。

炭素短繊維は、炭素繊維又はＰＡＮ繊維、レーヨン繊維
、フェノール樹脂繊維等焼成によって炭素繊維とな力得
る炭素繊維前駆体の短繊維である（以下、単に短繊維と
呼ぶ）。造粒はフェノール樹脂、フラン樹脂等の熱硬化
性樹脂をバインダーとして、公知の方法で９例えばスバ
ルタンリューザを用いて造粒し、更にはこれを焼成して
短繊維の等吉凶な結合体（これを短繊維造粒物と呼ぶ）
とされる。使用する短繊維の長さは、短かすぎると眉間
強度が向上せず、長すぎると造粒が困難になる。好まし
くは数百μｍ〜数酎で耐る。

炭素マトリックスの原料は、熱硬化性樹脂、り（辷 一ルピッチ等の公知の炭素率の大きい有機物が用へ いられる。

本発明のＣ／Ｃ複合材を得るにはまず炭素繊維布と短繊
維造粒物の層とが交互に積層され＆Ｃ／Ｃ複合材前駆体
を製造する。この方法は、■炭素繊維布と短繊維造粒物
とからなる層を交互に積層し、治具で圧縮固定した後、
炭素マトリックスの原料である熱硬化性樹脂、タール、
ピンチ等の結合材を含浸しＣ／Ｃ複合材前駆体を得る。

■炭素繊維布と短繊維造粒物とからなる層を交互に積層
し、これをプリフォーム・マツチドメタルダイ等の手法
により結合材と複合化しＣ／Ｃ複合材前駆体を得る。■
結合材中に短繊維造粒物を分散させたものを炭素繊維布
に塗布あるいは含浸し、これを積層して、熱圧成形を行
いＣ／Ｃ複合材前駆体を得る。■結合材を塗布あるいは
含浸した炭素繊維布と短繊維造粒物とからなる層を交互
に積層して、熱圧成形を行いＣ／Ｃ複合材前駆体を得る
等のいずれでもよい。

得られ九Ｃ／Ｃ複合材前駆体を、非酸化性雰囲気中６０
０℃以上、好ましくは９００℃以上の温度で炭化焼成し
Ｃ／Ｃ複合材を得る。また、高密度、高強度のＣ／Ｃ複
合材が必要な場合、得られ７’ｊＣ／Ｃ複合材に結合材
を含浸し、焼成を行う工程を所要回数繰〕返す。さらに
必要に応じ２０００〜３０００℃で黒鉛化処理を行う。

（作用） 短繊維造粒物は９等方的な構造を持つため、炭素繊維布
間に配置することによシその一部は炭素繊維織布内に入
シ込み、炭素繊維布と炭素マ）　ＩＪラックスの結合を
補強する役割をはたす。このため、炭素繊維布と炭素マ
）　ＩＪラックス界面での破断が生じＫ＜＜なシ１層間
強度を向上させる。

（実施例） 実施例１ 平均の繊維長０．７園のピッチ系炭素繊維（Ｍ−１０７
Ｔ、呉羽化学工業株式会社製）を、フラン樹脂（ＶＰ３
０２．日立化成工業株式会社製）をバインダーとして、
スパルタンリユーザーを用いて造粒し、短繊維造粒物を
得た。この短繊維造粒物３ｇを１００ｗｍ角に切断した
ＰＡＮ系炭素炭素繊維織布−３００平織シ、東し株式会
社製）の上に均一に配置し、以下交互に積重ねて炭素繊
維布の数で３０枚（最上部は炭素繊維布）積重ね、治具
で７国の厚さに圧縮して固定し、上記フラン樹脂を含浸
してＣ／Ｃ複合材前駆体を得た。得られ九〇／Ｃ複合材
前駆体を非酸化性雰囲気下で、１０’Ｃ／ｈの昇温速度
で１０００℃まで焼成し、Ｃ／Ｃ複合材を得た。さらに
高密度化処理、即ち上記フラン樹脂の含浸及び焼成を３
回行った後、２８００℃で黒鉛化処理して密度１．７０
　ｇ／ａｎ”のＣ／Ｃ複合材を得た。得られたＣ／Ｃ複
合材の層間剪断強度を測定したとζろ１５　ＭＰａであ
った。

比較例１ 実施例１で使用したものと同じ１００閣角の炭素繊維織
布を４０枚重ね、治具で７ｍｍの厚さに圧縮して固定し
、実施例１と同じフラン樹脂を含浸して、Ｃ／Ｃ複合材
前駆体を得た。これを実施例１と同様に、焼成、高密度
化、黒鉛化処理を行い。

密度１．７５　ａ／ｃｍ”のＣ／Ｃ複合材を得た。得ら
れたＣ／Ｃ複合材の層間剪断強度を測定したところ。

７ＭＰａであった。

実施例２ 平均の繊維長０．３　ｍｍＯカイノール繊維（ＫＦＯ５
ＢＴ、群栄化学工業株式会社製）を、ノゾール型フェノ
ール樹脂（ＶＰＩＩＮ、日立化成工業株式会社製）をバ
インダーとして、スパルタンリユーザーを用いて造粒し
、短繊維造粒物を得た。次に、上記フェノール樹脂を含
浸し、溶剤を乾燥させたピッチ系炭素繊維ペーパー（Ｅ
−７１５，呉羽化学工業株式会社製）を１００ｍｍ角に
切断し、この上に。

上述のカイノール繊維の短繊維造粒物６ｇを均一に配置
した。以下交互に積重ねて炭素繊維ペーパーの数で２０
枚（最上部はペーパー）積重ね、熱圧成形を行い、Ｃ／
Ｃ複合材前駆体を得た。得られたＣ／Ｃ複合材前駆体を
、非酸化性雰囲気下で１０℃／ｈの昇温速度で１０００
℃まで焼成し、Ｃ／Ｃ複合材を得た。さらに高密度化の
ために、上記フェノール樹脂の含浸、焼成を４回行った
後。

２８００℃で黒鉛化処理して、密度１．８０　ｇ／ａｍ
”のＣ／Ｃ複合材を得た。得られたＣ／Ｃ複合材の層間
剪断強度を測定したところ、１７ＭＰａであった。

比較例２ 実施例２で使用したものと同じフェノール樹脂を含浸後
、溶剤を乾燥させた炭素繊維ペーパーを１００ｍ＋角に
切断し、これを３０層重ね熱圧成形を行い、Ｃ／Ｃ複合
材前駆体を得た。これを実施例２と同様に、焼成、高密
度化、黒鉛化処理を行い、密度１．８２　ｇ／ｃｍ’の
Ｃ／Ｃ複合材を得た。得られたＣ／Ｃ複合材の層間剪断
強度を測定したところ、９ＭＰａであった。

（発明の効果） 本発明のＣ／Ｃ複合材は炭素繊維布の積層された眉間に
、炭素短繊維の等吉凶な造粒物を介在させ、これらを炭
素マトリックスで結合したので。

従来の炭素繊維布及び炭素マトリックスからなるＣ／Ｃ
複合材よシも高い眉間剪断強度を有し、その製造も容易
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．炭素繊維の織布又は不織布と炭素短繊維の等方的な
   造粒物からなる層とが交互に積層され，該積層物が炭素
   マトリツクスにより結合されている炭素繊維強化炭素複
   合材料。