JPH04214074A - 炭素繊維強化炭素材の製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化炭素材の製造方法Info
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- JPH04214074A JPH04214074A JP2410433A JP41043390A JPH04214074A JP H04214074 A JPH04214074 A JP H04214074A JP 2410433 A JP2410433 A JP 2410433A JP 41043390 A JP41043390 A JP 41043390A JP H04214074 A JPH04214074 A JP H04214074A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車及び航空機のブ
レーキディスク並びに超高速航空機のノーズコーン等に
使用される高密度、高強度及び軽量の炭素繊維強化炭素
材の製造方法に関する。
レーキディスク並びに超高速航空機のノーズコーン等に
使用される高密度、高強度及び軽量の炭素繊維強化炭素
材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、炭素繊維強化炭素材は以下に示す
方法により製造されている。
方法により製造されている。
【０００３】先ず、炭素繊維（カーボンファイバー）の
織布又は不織布に熱硬化性樹脂を含浸させた後、これを
焼成する。そして、この含浸及び焼成工程を１乃至２回
繰り返す。次いで、ピッチ含浸及び焼成の工程を１乃至
３回繰り返す。これにより、熱硬化性樹脂及びピッチが
炭素化して、炭素質が炭素繊維に付着する。その後、黒
鉛化処理を施す。これにより、炭素繊維強化炭素材を得
ることができる。
織布又は不織布に熱硬化性樹脂を含浸させた後、これを
焼成する。そして、この含浸及び焼成工程を１乃至２回
繰り返す。次いで、ピッチ含浸及び焼成の工程を１乃至
３回繰り返す。これにより、熱硬化性樹脂及びピッチが
炭素化して、炭素質が炭素繊維に付着する。その後、黒
鉛化処理を施す。これにより、炭素繊維強化炭素材を得
ることができる。
【０００４】また、以下に示す方法により製造すること
もできる。
もできる。
【０００５】先ず、炭素繊維の織布又は不織布に熱硬化
性樹脂を含浸させた後、これを焼成する。この含浸及び
焼成工程は１又は２回実施する。その後、ＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法
により、炭素繊維間に黒鉛質を堆積させる。これにより
、炭素繊維強化炭素材を得ることができる。
性樹脂を含浸させた後、これを焼成する。この含浸及び
焼成工程は１又は２回実施する。その後、ＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法
により、炭素繊維間に黒鉛質を堆積させる。これにより
、炭素繊維強化炭素材を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の炭素繊維強化炭素材の製造方法には以下に示す
問題点がある。
た従来の炭素繊維強化炭素材の製造方法には以下に示す
問題点がある。
【０００７】前者の方法においては、熱処理時に発生す
るガスにより組織がポーラスな状態になる。従って、密
度を向上させるためには、樹脂及びピッチを含浸させた
後夫々焼成する工程を２乃至３回繰り返す必要がある。 このため、この方法においては、製造コストが高くなる
という欠点がある。なお、炭素繊維の織布又は不織布に
熱硬化性樹脂又はピッチを含浸させ、次にこの樹脂又は
ピッチを炭化させた後、ＨＩＰ装置を使用してＨＩＰ処
理を施すことにより、含浸及び焼成工程のサイクル数を
低減すると共に高密度化を達成しようとする試みもある
。しかし、この方法においては、後工程における黒鉛化
処理時に炭素繊維強化炭素材の組織がポーラスになり、
達成可能な密度（かさ密度）は高々 １．５乃至１．６
ｇ／ｃｍ３ と低い。
るガスにより組織がポーラスな状態になる。従って、密
度を向上させるためには、樹脂及びピッチを含浸させた
後夫々焼成する工程を２乃至３回繰り返す必要がある。 このため、この方法においては、製造コストが高くなる
という欠点がある。なお、炭素繊維の織布又は不織布に
熱硬化性樹脂又はピッチを含浸させ、次にこの樹脂又は
ピッチを炭化させた後、ＨＩＰ装置を使用してＨＩＰ処
理を施すことにより、含浸及び焼成工程のサイクル数を
低減すると共に高密度化を達成しようとする試みもある
。しかし、この方法においては、後工程における黒鉛化
処理時に炭素繊維強化炭素材の組織がポーラスになり、
達成可能な密度（かさ密度）は高々 １．５乃至１．６
ｇ／ｃｍ３ と低い。
【０００８】一方、後者の方法においては、ＣＶＤ法に
より黒鉛質を堆積させるため処理時間が長い。また、Ｃ
ＶＤ処理中に反応性ガスの濃度勾配が生じるため、細気
孔部に黒鉛質が堆積されず、高密度の炭素繊維強化炭素
材を得ることができないという問題点がある。
より黒鉛質を堆積させるため処理時間が長い。また、Ｃ
ＶＤ処理中に反応性ガスの濃度勾配が生じるため、細気
孔部に黒鉛質が堆積されず、高密度の炭素繊維強化炭素
材を得ることができないという問題点がある。
【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、密度が高い炭素繊維強化炭素材を製造する
ことができると共に製造コストが低い炭素繊維強化炭素
材の製造方法を提供することを目的とする。
のであって、密度が高い炭素繊維強化炭素材を製造する
ことができると共に製造コストが低い炭素繊維強化炭素
材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る炭素繊維強
化炭素材の製造方法は、熱硬化性樹脂及び炭素繊維によ
り構成された成形体を予備焼成し、水素が残存する状態
でこれを終了する工程と、この予備焼成品を熱間静水圧
加圧処理する工程とを有することを特徴とする。
化炭素材の製造方法は、熱硬化性樹脂及び炭素繊維によ
り構成された成形体を予備焼成し、水素が残存する状態
でこれを終了する工程と、この予備焼成品を熱間静水圧
加圧処理する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
【作用】例えば、フェノールホルムアルデヒド樹脂を炭
化焼成して得たアモルファスカーボンを熱間静水圧加圧
（ＨＩＰ）装置で処理すると、高密度なアモルファスカ
ーボン材を得ることができる（特開平１−２４０７１
）。このとき、アモルファスカーボン成形体の残留水素
濃度及び板厚を適正に制御し、このアモルファスカーボ
ン成形体に対して適正な条件でＨＩＰ処理を施すと、成
形体内部に黒鉛相が析出する（特願昭６３−２０３０３
２ ）。即ち、ＨＩＰ処理中に成形体内部で発生したＨ
２ が炭素をエッチングして、その結果ＣＨ４ 及びＣ
２ Ｈ２ 等の炭化水素が生成される。そして、これら
の炭化水素により微小気孔内に黒鉛が析出して、成形体
の内部に黒鉛相が生成される。
化焼成して得たアモルファスカーボンを熱間静水圧加圧
（ＨＩＰ）装置で処理すると、高密度なアモルファスカ
ーボン材を得ることができる（特開平１−２４０７１
）。このとき、アモルファスカーボン成形体の残留水素
濃度及び板厚を適正に制御し、このアモルファスカーボ
ン成形体に対して適正な条件でＨＩＰ処理を施すと、成
形体内部に黒鉛相が析出する（特願昭６３−２０３０３
２ ）。即ち、ＨＩＰ処理中に成形体内部で発生したＨ
２ が炭素をエッチングして、その結果ＣＨ４ 及びＣ
２ Ｈ２ 等の炭化水素が生成される。そして、これら
の炭化水素により微小気孔内に黒鉛が析出して、成形体
の内部に黒鉛相が生成される。
【００１２】そこで、本発明においては、先ず、熱硬化
性樹脂及び炭素繊維により構成された成形体を予備焼成
する。これにより、熱硬化性樹脂がアモルファスカーボ
ンになり、アモルファスカーボン内に炭素繊維が埋め込
まれた構造の成形体を得ることができる。なお、予備焼
成は、次工程のＨＩＰ処理においてＨ２ ガスが発生す
るように、成形体内部に水素が残存する状態で終了する
。 次に、この成形体に対してＨＩＰ処理を施す。そうする
と、成形体内部にＨ２ ガスが発生し、このＨ２ガスが
炭素をエッチングしてＣＨ４及びＣ２ Ｈ２ 等の炭化
水素が生成される。そして、この炭化水素により、炭素
繊維の周囲に黒鉛が析出する。このようにして、成形体
の内部に炭素繊維及び炭素の複合材（即ち、炭素繊維強
化炭素材；以下、Ｃ／Ｃコンポジット材という）が形成
される。
性樹脂及び炭素繊維により構成された成形体を予備焼成
する。これにより、熱硬化性樹脂がアモルファスカーボ
ンになり、アモルファスカーボン内に炭素繊維が埋め込
まれた構造の成形体を得ることができる。なお、予備焼
成は、次工程のＨＩＰ処理においてＨ２ ガスが発生す
るように、成形体内部に水素が残存する状態で終了する
。 次に、この成形体に対してＨＩＰ処理を施す。そうする
と、成形体内部にＨ２ ガスが発生し、このＨ２ガスが
炭素をエッチングしてＣＨ４及びＣ２ Ｈ２ 等の炭化
水素が生成される。そして、この炭化水素により、炭素
繊維の周囲に黒鉛が析出する。このようにして、成形体
の内部に炭素繊維及び炭素の複合材（即ち、炭素繊維強
化炭素材；以下、Ｃ／Ｃコンポジット材という）が形成
される。
【００１３】つまり、本発明においては、従来ＣＶＤ装
置を使用して炭素繊維間に黒鉛質を堆積させている処理
を、ＣＶＤ装置を使用せずに、成形体内部において成形
体自体から発生したガスを利用して実施する。これによ
り、ＨＩＰ処理による緻密化効果と相俟って、従来に比
して高密度及び高強度のＣ／Ｃコンポジット材を得るこ
とができる。また、工程数が少なく、製造コストを低減
することができる。
置を使用して炭素繊維間に黒鉛質を堆積させている処理
を、ＣＶＤ装置を使用せずに、成形体内部において成形
体自体から発生したガスを利用して実施する。これによ
り、ＨＩＰ処理による緻密化効果と相俟って、従来に比
して高密度及び高強度のＣ／Ｃコンポジット材を得るこ
とができる。また、工程数が少なく、製造コストを低減
することができる。
【００１４】なお、ＨＩＰ処理における加熱温度は２０
００乃至３０００℃、加圧力は１０００乃至３０００気
圧であることが好ましい。これにより、ガラス状炭素に
囲まれた状態で大形状の高配向性黒鉛結晶が成形体内部
に析出する。
００乃至３０００℃、加圧力は１０００乃至３０００気
圧であることが好ましい。これにより、ガラス状炭素に
囲まれた状態で大形状の高配向性黒鉛結晶が成形体内部
に析出する。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１６】図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例方
法を工程順に示す模式的断面図である。
法を工程順に示す模式的断面図である。
【００１７】先ず、図１（ａ）に示すように、炭素繊維
１に液状の熱硬化性樹脂を含浸させ、炭素繊維１が熱硬
化性樹脂からなる表面部２に囲まれた形状に成形する。 次に、この成形体を予備焼成して、熱硬化性樹脂をアモ
ルファスカーボンに変換する。
１に液状の熱硬化性樹脂を含浸させ、炭素繊維１が熱硬
化性樹脂からなる表面部２に囲まれた形状に成形する。 次に、この成形体を予備焼成して、熱硬化性樹脂をアモ
ルファスカーボンに変換する。
【００１８】この場合に、予備焼成温度は水素ガスの発
生が終了する温度以下であることが必要である。予備焼
成温度がこの温度を超える場合は、残留水素濃度が低過
ぎて次工程でＨＩＰ処理を行なっても黒鉛結晶の析出が
生じない。一方、予備焼成温度が低過ぎると、ＨＩＰ処
理において、黒鉛結晶相を取り込むガラス状炭素相が脆
弱になり、大形状の黒鉛結晶を製造することができない
。このため、予備焼成は、例えば残留水素濃度が５０乃
至５０００ｐｐｍ の範囲になる温度で実施する。
生が終了する温度以下であることが必要である。予備焼
成温度がこの温度を超える場合は、残留水素濃度が低過
ぎて次工程でＨＩＰ処理を行なっても黒鉛結晶の析出が
生じない。一方、予備焼成温度が低過ぎると、ＨＩＰ処
理において、黒鉛結晶相を取り込むガラス状炭素相が脆
弱になり、大形状の黒鉛結晶を製造することができない
。このため、予備焼成は、例えば残留水素濃度が５０乃
至５０００ｐｐｍ の範囲になる温度で実施する。
【００１９】次いで、この成形体に対してＨＩＰ処理を
施す。このＨＩＰ処理は、温度が２０００乃至３０００
℃、加圧力が１０００乃至３０００気圧の条件で実施す
る。そうすると、図１（ｂ）に示すように、炭素繊維１
に黒鉛が付着して、Ｃ／Ｃコンポジット材３が形成され
る。このコンポジット材３は、表面部２を切り開くこと
により、容易に取り出すことができる。
施す。このＨＩＰ処理は、温度が２０００乃至３０００
℃、加圧力が１０００乃至３０００気圧の条件で実施す
る。そうすると、図１（ｂ）に示すように、炭素繊維１
に黒鉛が付着して、Ｃ／Ｃコンポジット材３が形成され
る。このコンポジット材３は、表面部２を切り開くこと
により、容易に取り出すことができる。
【００２０】次に、本実施例方法により、実際にＣ／Ｃ
コンポジット材を製造した結果について説明する。
コンポジット材を製造した結果について説明する。
【００２１】ＰＡＮ（ポリアクリロニトル）系炭素繊維
の織布に液状のフェノールホルムアルデヒド樹脂を含浸
させ、この樹脂を ２００℃の温度で２４時間かけて乾
燥させた。この樹脂の含浸及び乾燥工程を３回繰り返し
て、成形体のかさ密度を１．１２ｇ／ｃｍ３ まで増加
させた。次いで、この成形体の全表面を粉状のフェノー
ルホルムアルデヒド樹脂で被覆し、その後ホットプレス
加工を施して、炭素繊維をフェノールホルムアルデヒド
樹脂で取り囲んだ構造の成形体を得た。
の織布に液状のフェノールホルムアルデヒド樹脂を含浸
させ、この樹脂を ２００℃の温度で２４時間かけて乾
燥させた。この樹脂の含浸及び乾燥工程を３回繰り返し
て、成形体のかさ密度を１．１２ｇ／ｃｍ３ まで増加
させた。次いで、この成形体の全表面を粉状のフェノー
ルホルムアルデヒド樹脂で被覆し、その後ホットプレス
加工を施して、炭素繊維をフェノールホルムアルデヒド
樹脂で取り囲んだ構造の成形体を得た。
【００２２】次に、この成形体を不活性ガス中で１００
０℃の温度で焼成して、フェノールホルムアルデヒド樹
脂をアモルファスカーボンに変換した。
０℃の温度で焼成して、フェノールホルムアルデヒド樹
脂をアモルファスカーボンに変換した。
【００２３】次いで、この成形体を熱間静水圧加圧装置
を使用して、２４５０℃の温度で２０００気圧の条件で
ＨＩＰ処理を施した。このＨＩＰ処理においては、成形
体の内部にＣＨ４ が発生する。そして、このＣＨ４
の気相反応により黒鉛が析出する。この黒鉛が炭素繊維
に付着してＣ／Ｃコンポジット材が生成される。
を使用して、２４５０℃の温度で２０００気圧の条件で
ＨＩＰ処理を施した。このＨＩＰ処理においては、成形
体の内部にＣＨ４ が発生する。そして、このＣＨ４
の気相反応により黒鉛が析出する。この黒鉛が炭素繊維
に付着してＣ／Ｃコンポジット材が生成される。
【００２４】この成形体の内部に生成されたＣ／Ｃコン
ポジット材は、成形体の表面部分に切り込みを入れると
、容易に取り出すことができる。このようにして、高密
度及び高強度のＣ／Ｃコンポジット材を得ることができ
る。
ポジット材は、成形体の表面部分に切り込みを入れると
、容易に取り出すことができる。このようにして、高密
度及び高強度のＣ／Ｃコンポジット材を得ることができ
る。
【００２５】なお、上述の如く成形体の内部で黒鉛相を
析出させるためには、ＨＩＰ処理前の残留水素量、成形
体の板厚及びＨＩＰ処理条件を適正に設定する必要があ
る。残留水素量は、予備焼成温度に依存する。
析出させるためには、ＨＩＰ処理前の残留水素量、成形
体の板厚及びＨＩＰ処理条件を適正に設定する必要があ
る。残留水素量は、予備焼成温度に依存する。
【００２６】このようにして得たＣ／Ｃコンポジット材
の物理特性を下記表１に示す。
の物理特性を下記表１に示す。
【００２７】
【表１】
この表１から明らかなように、本実施例方法により
製造したＣ／Ｃコンポジット材は気孔率が小さく、かさ
密度が高く、曲げ強度が極めて高い。
製造したＣ／Ｃコンポジット材は気孔率が小さく、かさ
密度が高く、曲げ強度が極めて高い。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば熱硬
化性樹脂及び炭素繊維により構成された成形体を予備焼
成した後、この予備焼成品に対して熱間静水圧加圧処理
を施すから、成形体内部で発生したＨ２ ガスが炭素を
エッチングして、ＣＨ４ 及びＣ２ Ｈ２ 等の炭化水
素が生成され、微小気孔内に黒鉛が析出して炭素繊維強
化炭素材を得ることができる。このようにして製造した
炭素繊維強化炭素材は、従来に比して密度が高い。また
、工程数が少ないため、製造コストを低減できるという
効果もある。
化性樹脂及び炭素繊維により構成された成形体を予備焼
成した後、この予備焼成品に対して熱間静水圧加圧処理
を施すから、成形体内部で発生したＨ２ ガスが炭素を
エッチングして、ＣＨ４ 及びＣ２ Ｈ２ 等の炭化水
素が生成され、微小気孔内に黒鉛が析出して炭素繊維強
化炭素材を得ることができる。このようにして製造した
炭素繊維強化炭素材は、従来に比して密度が高い。また
、工程数が少ないため、製造コストを低減できるという
効果もある。
【図１】図１の（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例方法
を工程順に示す模式的断面図である。
を工程順に示す模式的断面図である。
１；炭素繊維
２；表面部
３；コンポジット材
Claims (3)
- 【請求項１】 熱硬化性樹脂及び炭素繊維により構成
された成形体を予備焼成し水素が残存する状態でこれを
終了する工程と、この予備焼成品を熱間静水圧加圧処理
する工程とを有することを特徴とする炭素繊維強化炭素
材の製造方法。 - 【請求項２】 前記熱間静水圧加圧処理は、温度が２
０００乃至３０００℃、圧力が１０００乃至３０００気
圧の条件で実施することを特徴とする請求項１に記載の
炭素繊維強化炭素材の製造方法。 - 【請求項３】 前記成形体はその内部を熱硬化性樹脂
と炭素繊維との複合体が占め、その表面部を熱硬化性樹
脂が占めていることを特徴とする請求項１又は２に記載
の炭素繊維強化炭素材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2410433A JPH04214074A (ja) | 1990-12-12 | 1990-12-12 | 炭素繊維強化炭素材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2410433A JPH04214074A (ja) | 1990-12-12 | 1990-12-12 | 炭素繊維強化炭素材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04214074A true JPH04214074A (ja) | 1992-08-05 |
Family
ID=18519601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2410433A Pending JPH04214074A (ja) | 1990-12-12 | 1990-12-12 | 炭素繊維強化炭素材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04214074A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111779782A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-10-16 | 杭州安耐特实业有限公司 | 一种高稳定性耐摩擦的刹车片及生产工艺 |
-
1990
- 1990-12-12 JP JP2410433A patent/JPH04214074A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111779782A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-10-16 | 杭州安耐特实业有限公司 | 一种高稳定性耐摩擦的刹车片及生产工艺 |
| CN111779782B (zh) * | 2020-07-20 | 2021-10-01 | 杭州安耐特实业有限公司 | 一种高稳定性耐摩擦的刹车片及生产工艺 |
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