JPH05330915A - 炭素／炭素複合材の製造方法 - Google Patents
炭素／炭素複合材の製造方法Info
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- JPH05330915A JPH05330915A JP4133504A JP13350492A JPH05330915A JP H05330915 A JPH05330915 A JP H05330915A JP 4133504 A JP4133504 A JP 4133504A JP 13350492 A JP13350492 A JP 13350492A JP H05330915 A JPH05330915 A JP H05330915A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高度に黒鉛化が可能であってかつ優れた物理的
ならびに機械的特性を有する炭素／炭素複合材を、単繊
維又は微細な炭素繊維を用いて製造する。 【構成】易黒鉛化性樹脂を分散または溶解した溶剤中に
繊維の長さと直径の比（アスペクト比）が１０〜１００
０の炭素繊維を分散し抄紙して厚さ２ｍｍ以下の炭素質
紙を得、該炭素質紙を加熱プレスして炭素繊維と易黒鉛
化性樹脂との複合材に転換し、不融化処理を行うか又は
行うことなく５００℃以上の温度で熱処理するか、又は
更にこうして得られた炭素／炭素複合素材を少なくとも
２枚以上積層し減圧下で加熱プレスし、５００℃以上の
温度で熱処理し、必要に応じて黒鉛化することにより炭
素／炭素複合材を得る。
ならびに機械的特性を有する炭素／炭素複合材を、単繊
維又は微細な炭素繊維を用いて製造する。 【構成】易黒鉛化性樹脂を分散または溶解した溶剤中に
繊維の長さと直径の比（アスペクト比）が１０〜１００
０の炭素繊維を分散し抄紙して厚さ２ｍｍ以下の炭素質
紙を得、該炭素質紙を加熱プレスして炭素繊維と易黒鉛
化性樹脂との複合材に転換し、不融化処理を行うか又は
行うことなく５００℃以上の温度で熱処理するか、又は
更にこうして得られた炭素／炭素複合素材を少なくとも
２枚以上積層し減圧下で加熱プレスし、５００℃以上の
温度で熱処理し、必要に応じて黒鉛化することにより炭
素／炭素複合材を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、補強部材、導電部材、
電池電極材等に使用するに適した炭素／炭素複合材およ
びその製造方法に関する。
電池電極材等に使用するに適した炭素／炭素複合材およ
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素材料が軽量で強度特性、導電性、耐
熱特性や耐放射線特性に優れることから、炭素繊維の織
布に樹脂を含浸して得たプリプレグを５００℃以上の高
温熱処理して得た炭素／炭素複合材が、摺動部材、電池
電極材、宇宙分野の構造部材、原子炉隔壁材などに使用
されている。この炭素／炭素複合材の特性は、炭素材料
の黒鉛化度によって決定されることが知られており、高
度に黒鉛化された炭素材料ほど優れた強度特性、導電
性、耐熱特性や耐放射線特性を示すものである。
熱特性や耐放射線特性に優れることから、炭素繊維の織
布に樹脂を含浸して得たプリプレグを５００℃以上の高
温熱処理して得た炭素／炭素複合材が、摺動部材、電池
電極材、宇宙分野の構造部材、原子炉隔壁材などに使用
されている。この炭素／炭素複合材の特性は、炭素材料
の黒鉛化度によって決定されることが知られており、高
度に黒鉛化された炭素材料ほど優れた強度特性、導電
性、耐熱特性や耐放射線特性を示すものである。
【０００３】現在、炭素／炭素複合材の基材となる炭素
繊維は、ポリアクリルニトリルを紡糸したのち高温熱処
理して得られる高強度を特徴としたＰＡＮ系炭素繊維、
石油や石炭のピッチから紡糸し高温熱処理を経て得られ
る高弾性率を特徴としたピッチ系炭素繊維、またはこれ
らを組み合わせたものが使用されている。しかし、これ
ら高分子前駆体を用いた炭素繊維は高温熱処理を行って
も黒鉛化度に限界があるため、これらの炭素繊維を用い
た炭素／炭素複合材は黒鉛の持つ優れた特性を充分には
発揮していない。
繊維は、ポリアクリルニトリルを紡糸したのち高温熱処
理して得られる高強度を特徴としたＰＡＮ系炭素繊維、
石油や石炭のピッチから紡糸し高温熱処理を経て得られ
る高弾性率を特徴としたピッチ系炭素繊維、またはこれ
らを組み合わせたものが使用されている。しかし、これ
ら高分子前駆体を用いた炭素繊維は高温熱処理を行って
も黒鉛化度に限界があるため、これらの炭素繊維を用い
た炭素／炭素複合材は黒鉛の持つ優れた特性を充分には
発揮していない。
【０００４】また、近年、鉄、ニッケル等の遷移金属の
微粒子あるいは硫黄や硫黄化合物等の触媒の存在下で炭
化水素を気相熱分解することにより、黒鉛構造が高温に
発達したいわゆる気相成長炭素繊維を得る方法が提案さ
れている（特公平３−６１７６８、特公平４−１１６５
１）。しかし、このような方法によって製造された気相
成長炭素繊維は微細で嵩高いウイスカー状の単繊維であ
り、この気相成長炭素繊維を用いて炭素／炭素複合材を
製造する方法としては、減圧状態でプレスして溶融樹脂
を含浸させたのち高温熱処理を行う従来公知の方法、あ
るいは短繊維からなる炭素繊維を溶媒中で叩解処理して
この短繊維を溶媒中に均一分散させ、スクリーンで濾過
して炭素繊維集合体を得、その後樹脂を含浸させ、高温
プレスし、更に加熱炭素化する方法（特開昭６２−９６
３６４）などがある。しかしこれら従来の方法では、気
相成長炭素繊維が高弾性率で嵩高い為に樹脂が均一に含
浸し難く、炭素／炭素複合材がミクロポーラスな構造と
なるばかりでなく、炭素／炭素複合材中の気相成長炭素
繊維の配向が３次元的にランダムな状態となり、必要な
特性が得られないという問題がある。
微粒子あるいは硫黄や硫黄化合物等の触媒の存在下で炭
化水素を気相熱分解することにより、黒鉛構造が高温に
発達したいわゆる気相成長炭素繊維を得る方法が提案さ
れている（特公平３−６１７６８、特公平４−１１６５
１）。しかし、このような方法によって製造された気相
成長炭素繊維は微細で嵩高いウイスカー状の単繊維であ
り、この気相成長炭素繊維を用いて炭素／炭素複合材を
製造する方法としては、減圧状態でプレスして溶融樹脂
を含浸させたのち高温熱処理を行う従来公知の方法、あ
るいは短繊維からなる炭素繊維を溶媒中で叩解処理して
この短繊維を溶媒中に均一分散させ、スクリーンで濾過
して炭素繊維集合体を得、その後樹脂を含浸させ、高温
プレスし、更に加熱炭素化する方法（特開昭６２−９６
３６４）などがある。しかしこれら従来の方法では、気
相成長炭素繊維が高弾性率で嵩高い為に樹脂が均一に含
浸し難く、炭素／炭素複合材がミクロポーラスな構造と
なるばかりでなく、炭素／炭素複合材中の気相成長炭素
繊維の配向が３次元的にランダムな状態となり、必要な
特性が得られないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような炭素／炭素
複合材における問題を解決するために、本発明は、単繊
維状又は微細な炭素繊維を用いて、高度に黒鉛化が可能
であってかつ優れた物理的ならびに機械的特性を有する
炭素／炭素複合材を製造する方法を提供しようとするも
のである。
複合材における問題を解決するために、本発明は、単繊
維状又は微細な炭素繊維を用いて、高度に黒鉛化が可能
であってかつ優れた物理的ならびに機械的特性を有する
炭素／炭素複合材を製造する方法を提供しようとするも
のである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような本発明の目的
は、易黒鉛化性樹脂を分散または溶解した溶剤中に繊維
の長さと直径の比（アスペクト比）が１０〜１０００の
炭素繊維を分散し抄紙して厚さ２ｍｍ以下の炭素質紙を
得、該炭素質紙を加熱プレスして炭素繊維と易黒鉛化性
樹脂との複合材に転換し、不融化処理を行うか又は行う
ことなく５００℃以上の温度で熱処理すること、又は更
にこうして得られた炭素／炭素複合素材を少なくとも２
枚以上積層し減圧下で加熱プレスし、５００℃以上の温
度で熱処理することにより達成される。
は、易黒鉛化性樹脂を分散または溶解した溶剤中に繊維
の長さと直径の比（アスペクト比）が１０〜１０００の
炭素繊維を分散し抄紙して厚さ２ｍｍ以下の炭素質紙を
得、該炭素質紙を加熱プレスして炭素繊維と易黒鉛化性
樹脂との複合材に転換し、不融化処理を行うか又は行う
ことなく５００℃以上の温度で熱処理すること、又は更
にこうして得られた炭素／炭素複合素材を少なくとも２
枚以上積層し減圧下で加熱プレスし、５００℃以上の温
度で熱処理することにより達成される。
【０００７】本発明の炭素／炭素複合材の基材となる炭
素繊維としては、気相成長炭素繊維やその黒鉛化物が好
ましく用いられる。かかる気相成長炭素繊維は、例えば
メタン、エタン、プロパン、プロピレン等の脂肪族炭化
水素類、エチレン、プロピレン、アレン、アセチレン等
の不飽和脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン等の芳
香族炭化水素類、シクロヘキサン、シクロオクタン等の
脂環族炭化水素類、エタノール、ブタノール、オクタノ
ール等のアルコール類、ラウリン酸やフタル酸等の有機
酸類ならびに、フタル酸ブチル等のエステル類、エチル
イソブチルケトンやシクロヘキサノン等のケトン類、そ
の他ヘキシルアミン等の含窒素有機化合物、オクルメル
カプタン等の含イオウ有機化合物、四塩化炭素等の含塩
素有機化合物などを炭素供給源として用い、かかる原料
をガス化して水素などのキャリアガスと共に９００〜１
５００℃の反応帯域中で超微粒金属または金属有機化合
物からなる触媒（鉄、ニッケル、コバルトなどの遷移金
属からなるものであり、金属単体であるときは粒径が３
００Å以下超微粒子、また金属有機化合物であるときは
液状または溶液状として用いることができるもの、その
中でもたとえばメタロセンなどの気化可能なものなど）
と接触させ、分解することにより得られる炭素繊維であ
る。
素繊維としては、気相成長炭素繊維やその黒鉛化物が好
ましく用いられる。かかる気相成長炭素繊維は、例えば
メタン、エタン、プロパン、プロピレン等の脂肪族炭化
水素類、エチレン、プロピレン、アレン、アセチレン等
の不飽和脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン等の芳
香族炭化水素類、シクロヘキサン、シクロオクタン等の
脂環族炭化水素類、エタノール、ブタノール、オクタノ
ール等のアルコール類、ラウリン酸やフタル酸等の有機
酸類ならびに、フタル酸ブチル等のエステル類、エチル
イソブチルケトンやシクロヘキサノン等のケトン類、そ
の他ヘキシルアミン等の含窒素有機化合物、オクルメル
カプタン等の含イオウ有機化合物、四塩化炭素等の含塩
素有機化合物などを炭素供給源として用い、かかる原料
をガス化して水素などのキャリアガスと共に９００〜１
５００℃の反応帯域中で超微粒金属または金属有機化合
物からなる触媒（鉄、ニッケル、コバルトなどの遷移金
属からなるものであり、金属単体であるときは粒径が３
００Å以下超微粒子、また金属有機化合物であるときは
液状または溶液状として用いることができるもの、その
中でもたとえばメタロセンなどの気化可能なものなど）
と接触させ、分解することにより得られる炭素繊維であ
る。
【０００８】またこうして得られた気相成長炭素繊維
を、１５００〜３５００℃、好ましくは２５００℃以上
の温度で、３〜１２０分間、好ましくは３０分以上、ア
ルゴン等の不活性ガスの雰囲気下で熱処理することによ
り得られる黒鉛構造が高度に発達した黒鉛繊維が特に好
適である。かかる高温熱処理は、後の炭素／炭素複合材
の炭素化熱処理において、基材である気相成長炭素繊維
からの炭素以外の元素の離脱の防止と、バインダーであ
る易黒鉛化性樹脂の炭素化および黒鉛化に際して黒鉛化
助長の効果をもたらす。
を、１５００〜３５００℃、好ましくは２５００℃以上
の温度で、３〜１２０分間、好ましくは３０分以上、ア
ルゴン等の不活性ガスの雰囲気下で熱処理することによ
り得られる黒鉛構造が高度に発達した黒鉛繊維が特に好
適である。かかる高温熱処理は、後の炭素／炭素複合材
の炭素化熱処理において、基材である気相成長炭素繊維
からの炭素以外の元素の離脱の防止と、バインダーであ
る易黒鉛化性樹脂の炭素化および黒鉛化に際して黒鉛化
助長の効果をもたらす。
【０００９】また、ポリアクリロニトリル、レーヨン、
石油ピッチ、石炭ピッチ等の有機化合物を紡糸し、酸化
性雰囲気にて加熱して不融化し、高温熱処理して炭素
化、黒鉛化して得たＰＡＮ系炭素繊維、レーヨン系炭素
繊維、ピッチ系炭素繊維、ならびにこれらの黒鉛繊維な
どを１００〜５０００μｍの長さに切断したミルドファ
イバー、チョップドファイバー等も用いる事ができる。
またこれらの炭素繊維は、必要に応じて抄紙における親
水性、親油性の向上のため、硝酸等の酸処理、フッ素化
処理、ガスプラズマ処理等の表面処理を行っても良い。
石油ピッチ、石炭ピッチ等の有機化合物を紡糸し、酸化
性雰囲気にて加熱して不融化し、高温熱処理して炭素
化、黒鉛化して得たＰＡＮ系炭素繊維、レーヨン系炭素
繊維、ピッチ系炭素繊維、ならびにこれらの黒鉛繊維な
どを１００〜５０００μｍの長さに切断したミルドファ
イバー、チョップドファイバー等も用いる事ができる。
またこれらの炭素繊維は、必要に応じて抄紙における親
水性、親油性の向上のため、硝酸等の酸処理、フッ素化
処理、ガスプラズマ処理等の表面処理を行っても良い。
【００１０】本発明の炭素／炭素複合材におけるバイン
ダーである易黒鉛化性樹脂としては光学異方性を有する
石炭系あるいは石油系のメソフェースピッチが好ましく
用いられ、中でも９０％以上、好ましくは１００％に近
い光学異方性を有し、４００℃以下の温度領域、好まし
くは３７０℃以下の温度の軟化点を有するものが好適で
ある。
ダーである易黒鉛化性樹脂としては光学異方性を有する
石炭系あるいは石油系のメソフェースピッチが好ましく
用いられ、中でも９０％以上、好ましくは１００％に近
い光学異方性を有し、４００℃以下の温度領域、好まし
くは３７０℃以下の温度の軟化点を有するものが好適で
ある。
【００１１】これらの嵩高い短繊維炭素繊維と易黒鉛化
性樹脂とを水、有機溶剤等の溶媒にミキサー等を用いて
分散させるが、樹脂は溶解させてもよい。そしてこれを
抄紙することによって、厚さ２ｍｍ以下、好ましくは１
ｍｍ以下の炭素繊維と易黒鉛化性樹脂とからなるフェル
トを得る。ここで、炭素繊維と易黒鉛化性樹脂との混合
比は重量で１０：９０〜９０：１０であるのがよい。炭
素繊維がこの範囲より少ないと得られる炭素／炭素複合
材における特性改善の効果が少なくなり、この範囲より
大きいとバインダー不足による成形不良が発生する。ま
た、フェルトの厚さが２ｍｍ以上になると複合材中の樹
脂の分散が不十分となり、炭素／炭素複合材がミクロポ
ーラスな状態となったり、炭素化、黒鉛化の高温熱処理
においてクラックの発生や割れが発生し、炭素／炭素複
合材の性能が低下する。従って、厚さが２ｍｍ以上の炭
素／炭素複合材を製造しようとするときは、厚さ２ｍｍ
以下のフェルトを２枚以上積み重ねて用いるのがよい。
性樹脂とを水、有機溶剤等の溶媒にミキサー等を用いて
分散させるが、樹脂は溶解させてもよい。そしてこれを
抄紙することによって、厚さ２ｍｍ以下、好ましくは１
ｍｍ以下の炭素繊維と易黒鉛化性樹脂とからなるフェル
トを得る。ここで、炭素繊維と易黒鉛化性樹脂との混合
比は重量で１０：９０〜９０：１０であるのがよい。炭
素繊維がこの範囲より少ないと得られる炭素／炭素複合
材における特性改善の効果が少なくなり、この範囲より
大きいとバインダー不足による成形不良が発生する。ま
た、フェルトの厚さが２ｍｍ以上になると複合材中の樹
脂の分散が不十分となり、炭素／炭素複合材がミクロポ
ーラスな状態となったり、炭素化、黒鉛化の高温熱処理
においてクラックの発生や割れが発生し、炭素／炭素複
合材の性能が低下する。従って、厚さが２ｍｍ以上の炭
素／炭素複合材を製造しようとするときは、厚さ２ｍｍ
以下のフェルトを２枚以上積み重ねて用いるのがよい。
【００１２】フェルトの製造において、基材を溶媒に分
散させる前に遊星ボールミル等を用いて炭素繊維と樹脂
をプレミキシングしてもよい。かかるプレミキシング
は、炭素繊維に関しては相互に絡み合った集合体をほぐ
すために、また樹脂に関しては粒径を細かくすることに
より炭素繊維集合体の中に均一に分散させるために、そ
れぞれ有用である。得られたフェルトは必要に応じてプ
レスする。かかるプレス工程は必ずしも必須ではない
が、フェルト中の炭素繊維を面に対して平行方向に配向
させる効果があり、得られる炭素／炭素複合材の特性に
異方性が発現する。フェルト中に残留する溶媒は、自然
気化、加熱、真空または真空加熱等により除去する。ま
た、前記プレス工程と溶媒除去工程は同時に行っても良
い。得られた炭素繊維と易黒鉛化性樹脂とのフェルト状
混合物を金型内に装入し、減圧または常圧にてフェルト
を圧縮しながら樹脂の溶融温度以上の温度に加熱して、
炭素繊維に易黒鉛化性樹脂が均一に分散した複合材を得
る。ここで複合材は、使用する金型によって板状、円筒
状等種々の形状とすることができる。
散させる前に遊星ボールミル等を用いて炭素繊維と樹脂
をプレミキシングしてもよい。かかるプレミキシング
は、炭素繊維に関しては相互に絡み合った集合体をほぐ
すために、また樹脂に関しては粒径を細かくすることに
より炭素繊維集合体の中に均一に分散させるために、そ
れぞれ有用である。得られたフェルトは必要に応じてプ
レスする。かかるプレス工程は必ずしも必須ではない
が、フェルト中の炭素繊維を面に対して平行方向に配向
させる効果があり、得られる炭素／炭素複合材の特性に
異方性が発現する。フェルト中に残留する溶媒は、自然
気化、加熱、真空または真空加熱等により除去する。ま
た、前記プレス工程と溶媒除去工程は同時に行っても良
い。得られた炭素繊維と易黒鉛化性樹脂とのフェルト状
混合物を金型内に装入し、減圧または常圧にてフェルト
を圧縮しながら樹脂の溶融温度以上の温度に加熱して、
炭素繊維に易黒鉛化性樹脂が均一に分散した複合材を得
る。ここで複合材は、使用する金型によって板状、円筒
状等種々の形状とすることができる。
【００１３】得られた複合材を非酸化性雰囲気中、５〜
２５ＭＰａ程度の加圧下にて０．５〜５０℃／分程度の
昇温速度で５００〜２０００℃の温度で炭素化し、さら
に必要に応じて最大１時間程度までそのまま保持する。
ここで昇温速度は１０００℃以下の温度では５〜１０℃
／分程度が好ましい。また、炭素化熱処理において５０
０〜８００℃にて第１段階の熱処理を行い、この後８０
０〜２０００℃の第２段階の熱処理を行う等、炭素化熱
処理を幾つかの段階に分けて行っても良い。また、炭素
化後の炭素／炭素複合材に開気孔が存在して所望の物性
が得られない場合には、この炭素／炭素複合材に易黒鉛
化性樹脂を含浸し更に炭化する操作を１回〜複数回行う
ことによって物性を改善することができる。
２５ＭＰａ程度の加圧下にて０．５〜５０℃／分程度の
昇温速度で５００〜２０００℃の温度で炭素化し、さら
に必要に応じて最大１時間程度までそのまま保持する。
ここで昇温速度は１０００℃以下の温度では５〜１０℃
／分程度が好ましい。また、炭素化熱処理において５０
０〜８００℃にて第１段階の熱処理を行い、この後８０
０〜２０００℃の第２段階の熱処理を行う等、炭素化熱
処理を幾つかの段階に分けて行っても良い。また、炭素
化後の炭素／炭素複合材に開気孔が存在して所望の物性
が得られない場合には、この炭素／炭素複合材に易黒鉛
化性樹脂を含浸し更に炭化する操作を１回〜複数回行う
ことによって物性を改善することができる。
【００１４】ここで、炭素／炭素複合材の厚さを増加す
るために、得られる炭素／炭素複合材を２枚〜数枚積み
重ね、易黒鉛化性樹脂の含浸、炭素化を繰り返すことも
可能である。また得られた炭素／炭素複合材を、更に不
活性ガス雰囲気中、５〜５０℃／分程度の昇温速度で２
５００〜３２００℃程度まで加熱し、必要ならば更に１
０分程度保持することにより、黒鉛繊維／黒鉛複合材を
得ることもできる。この黒鉛化熱処理は、特に高黒鉛化
性を有する気相成長炭素繊維を基材として用いた炭素／
炭素複合材に有効である。
るために、得られる炭素／炭素複合材を２枚〜数枚積み
重ね、易黒鉛化性樹脂の含浸、炭素化を繰り返すことも
可能である。また得られた炭素／炭素複合材を、更に不
活性ガス雰囲気中、５〜５０℃／分程度の昇温速度で２
５００〜３２００℃程度まで加熱し、必要ならば更に１
０分程度保持することにより、黒鉛繊維／黒鉛複合材を
得ることもできる。この黒鉛化熱処理は、特に高黒鉛化
性を有する気相成長炭素繊維を基材として用いた炭素／
炭素複合材に有効である。
【００１５】
（第１実施例）炭素繊維の炭素供給源としてベンゼン、
キャリアガスとして水素、また触媒としてフェロセンを
用いて１１００℃の温度で接触分解させて生成した長さ
５０μｍ以下、直径０．０１〜０．５μｍの気相成長炭
素繊維を、アルゴンガス中で３０００℃で熱処理して黒
鉛化気相成長炭素繊維を得た。この気相成長炭素繊維１
０重量部と軟化点２８０℃、光学的異方性相１００％の
メソフェースピッチ１０重量部とを、常温で遊星ボール
ミルにて粉砕、混合して気相成長炭素繊維とメソフェー
スピッチとの粉体混合物を得た。なお、この時のメソフ
ェースピッチの粒径は０．０１〜０．１ｍｍであった。
得られた混合物をトルエンに分散させて１５０ｍｍ×１
５０ｍｍ、厚さ約１ｍｍの寸法に抄紙し、４０℃で２Ｍ
Ｐａの圧力で３０分間プレスして厚さ０．５ｍｍのフェ
ルトを得た。次いで残留トルエンを常温にて減圧除去し
た。
キャリアガスとして水素、また触媒としてフェロセンを
用いて１１００℃の温度で接触分解させて生成した長さ
５０μｍ以下、直径０．０１〜０．５μｍの気相成長炭
素繊維を、アルゴンガス中で３０００℃で熱処理して黒
鉛化気相成長炭素繊維を得た。この気相成長炭素繊維１
０重量部と軟化点２８０℃、光学的異方性相１００％の
メソフェースピッチ１０重量部とを、常温で遊星ボール
ミルにて粉砕、混合して気相成長炭素繊維とメソフェー
スピッチとの粉体混合物を得た。なお、この時のメソフ
ェースピッチの粒径は０．０１〜０．１ｍｍであった。
得られた混合物をトルエンに分散させて１５０ｍｍ×１
５０ｍｍ、厚さ約１ｍｍの寸法に抄紙し、４０℃で２Ｍ
Ｐａの圧力で３０分間プレスして厚さ０．５ｍｍのフェ
ルトを得た。次いで残留トルエンを常温にて減圧除去し
た。
【００１６】得られたフェルトを金型にセットし、１５
０ＭＰａの圧力でプレスしながら１０℃／分の昇温速度
で３３０℃まで加熱し、１時間保持して、気相成長炭素
繊維とピッチの重量比が５０：５０である気相成長炭素
繊維とピッチとの複合材を得た。次いで複合材を電気炉
内に入れ、窒素ガス雰囲気中１℃／分の速度で１０００
℃まで昇温し、そのまま３０分間保持して炭素／炭素複
合材Ａ１を得た。
０ＭＰａの圧力でプレスしながら１０℃／分の昇温速度
で３３０℃まで加熱し、１時間保持して、気相成長炭素
繊維とピッチの重量比が５０：５０である気相成長炭素
繊維とピッチとの複合材を得た。次いで複合材を電気炉
内に入れ、窒素ガス雰囲気中１℃／分の速度で１０００
℃まで昇温し、そのまま３０分間保持して炭素／炭素複
合材Ａ１を得た。
【００１７】（第２実施例）第１実施例で得た炭素／炭
素複合材Ａ１を電気炉内に入れ、アルゴンガス雰囲気中
で３０℃／分の速度で３０００℃まで昇温し、そのまま
３０分間保持して黒鉛繊維／黒鉛複合材Ａ２を得た。
素複合材Ａ１を電気炉内に入れ、アルゴンガス雰囲気中
で３０℃／分の速度で３０００℃まで昇温し、そのまま
３０分間保持して黒鉛繊維／黒鉛複合材Ａ２を得た。
【００１８】（第３実施例）黒鉛化グレードのピッチ系
炭素繊維のチョップドファイバー（長さ０．５ｍｍ、径
１０μｍ）１０重量部と第１実施例で用いたと同じメソ
フェースピッチ１０重量部とを常温で遊星ボールミルに
て粉砕、混合してピッチ系炭素繊維とメソフェースピッ
チとの粉体混合物を得た。得られた混合物を第１実施例
と同様にして抄紙、プレス、及び溶媒除去をおこない、
厚さ０．５ｍｍのフェルトを得た。得られたフェルトを
第１実施例と同様に熱処理して炭素／炭素複合材を得、
更にこれを第２実施例と同様に熱処理して、黒鉛繊維／
黒鉛複合材Ｂを得た。
炭素繊維のチョップドファイバー（長さ０．５ｍｍ、径
１０μｍ）１０重量部と第１実施例で用いたと同じメソ
フェースピッチ１０重量部とを常温で遊星ボールミルに
て粉砕、混合してピッチ系炭素繊維とメソフェースピッ
チとの粉体混合物を得た。得られた混合物を第１実施例
と同様にして抄紙、プレス、及び溶媒除去をおこない、
厚さ０．５ｍｍのフェルトを得た。得られたフェルトを
第１実施例と同様に熱処理して炭素／炭素複合材を得、
更にこれを第２実施例と同様に熱処理して、黒鉛繊維／
黒鉛複合材Ｂを得た。
【００１９】（第１比較例）第１実施例で用いたと同じ
気相成長炭素繊維をトルエンに分散させ、１５０ｍｍ×
１５０ｍｍ、厚さ約１ｍｍの寸法に抄紙し、４０℃で２
ＭＰａの圧力で３０分間プレスして厚さ０．５ｍｍのフ
ェルトを得た。次いで残留トルエンを常温にて減圧除去
した。
気相成長炭素繊維をトルエンに分散させ、１５０ｍｍ×
１５０ｍｍ、厚さ約１ｍｍの寸法に抄紙し、４０℃で２
ＭＰａの圧力で３０分間プレスして厚さ０．５ｍｍのフ
ェルトを得た。次いで残留トルエンを常温にて減圧除去
した。
【００２０】得られた気相成長炭素繊維のフェルトを金
型にセットし、第１実施例で用いたと同じメソフェース
ピッチをフェルトに対し等重量加えて減圧状態で３３０
℃、１５０ＭＰａの圧力を金型に加えながら含浸し、重
量比が５０：５０である気相成長炭素繊維とメソフェー
スピッチとの複合材を得た。次いで、この複合材を第１
実施例と同様に熱処理して炭素／炭素複合材Ｃ１を得
た。
型にセットし、第１実施例で用いたと同じメソフェース
ピッチをフェルトに対し等重量加えて減圧状態で３３０
℃、１５０ＭＰａの圧力を金型に加えながら含浸し、重
量比が５０：５０である気相成長炭素繊維とメソフェー
スピッチとの複合材を得た。次いで、この複合材を第１
実施例と同様に熱処理して炭素／炭素複合材Ｃ１を得
た。
【００２１】（第２比較例）第１比較例で得た炭素／炭
素複合材Ｃ１を第２実施例と同様に高温で熱処理して、
黒鉛繊維／黒鉛複合材Ｃ２を得た。
素複合材Ｃ１を第２実施例と同様に高温で熱処理して、
黒鉛繊維／黒鉛複合材Ｃ２を得た。
【００２２】（第３比較例）第３実施例で用いたと同じ
ピッチ系炭素繊維のチョップドファイバーを用いて、第
１比較例と同様にして炭素／炭素複合材を得、ピッチの
含浸および１０００℃の熱処理を２回繰り返した後、３
０００℃の熱処理を行い、黒鉛繊維／黒鉛複合材Ｄを得
た。
ピッチ系炭素繊維のチョップドファイバーを用いて、第
１比較例と同様にして炭素／炭素複合材を得、ピッチの
含浸および１０００℃の熱処理を２回繰り返した後、３
０００℃の熱処理を行い、黒鉛繊維／黒鉛複合材Ｄを得
た。
【００２３】（第４比較例）第１実施例で用いたと同じ
気相成長炭素繊維１０重量部を抄紙することなく粉体状
態のままで金型内にセットした他は第１比較例と同様の
方法で、第１実施例で用いたと同じメソフェースピッチ
１０重量部を含浸させた。次いで、この複合材を第１実
施例と同様に熱処理して炭素／炭素複合材を得たが、こ
の炭素／炭素複合材がポーラスな状態であるため、再び
ピッチの含浸および１０００℃熱処理を行って炭素／炭
素複合材Ｅを得た。
気相成長炭素繊維１０重量部を抄紙することなく粉体状
態のままで金型内にセットした他は第１比較例と同様の
方法で、第１実施例で用いたと同じメソフェースピッチ
１０重量部を含浸させた。次いで、この複合材を第１実
施例と同様に熱処理して炭素／炭素複合材を得たが、こ
の炭素／炭素複合材がポーラスな状態であるため、再び
ピッチの含浸および１０００℃熱処理を行って炭素／炭
素複合材Ｅを得た。
【００２４】以上の各実施例及び各比較例で得た炭素／
炭素複合材および黒鉛繊維／黒鉛複合材について物性を
測定した結果を表１に示した。この結果を見ると、本発
明の複合材は優れた特性を有していることがわかる。
炭素複合材および黒鉛繊維／黒鉛複合材について物性を
測定した結果を表１に示した。この結果を見ると、本発
明の複合材は優れた特性を有していることがわかる。
【００２５】
【表１】 ──────────────────────────────────── 複合材 かさ密度(g/cm3) 曲げ強さ(MPa) 体積抵抗率 (μΩ・cm) ──────────────────────────────────── Ａ１ １．７ １１０ ８５０ Ａ２ ２．０ １７０ ２００ Ｂ ２．０ １７０ ５００ Ｃ１ １．５ ７５ ３２００ Ｃ２ １．７ ９０ ２８００ Ｄ ２．０ １１０ １５００ Ｅ １．５ ５５ ３３００ ──────────────────────────────────── 複合材Ａ１，Ａ２，Ｂは本発明の実施例 複合材Ｃ１，Ｃ２，Ｄ，Ｅは比較例
【００２６】
【発明の効果】本発明の炭素／炭素複合材の製造方法に
よれば、導電部材、補強部材、電池電極部材、原子炉隔
壁材、或いは黒鉛層間化合物のホスト材料等として利用
するに適した高機能性の炭素／炭素複合材が得られる。
よれば、導電部材、補強部材、電池電極部材、原子炉隔
壁材、或いは黒鉛層間化合物のホスト材料等として利用
するに適した高機能性の炭素／炭素複合材が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牛島 均 静岡県御殿場市川島田252 矢崎部品株式 会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 易黒鉛化性樹脂を分散または溶解した溶
剤中に繊維の長さと直径の比（アスペクト比）が１０〜
１０００の炭素繊維を分散し抄紙して厚さ２ｍｍ以下の
炭素質紙を得、該炭素質紙を加熱プレスして炭素繊維と
易黒鉛化性樹脂との複合材に転換し、不融化処理を行う
か又は行うことなく５００℃以上の温度で熱処理するこ
とを特徴とする炭素／炭素複合材の製造方法。 - 【請求項２】 易黒鉛化性樹脂を分散または溶解した溶
剤中に繊維の長さと直径の比（アスペクト比）が１０〜
１０００の炭素繊維を分散し抄紙して厚さ２ｍｍ以下の
炭素質紙を得、該炭素質紙を加熱プレスして炭素繊維と
易黒鉛化性樹脂との複合材に転換し、不融化処理を行う
か又は行うことなく５００℃以上の温度で熱処理するこ
とによって炭素／炭素複合素材を得、該炭素／炭素複合
素材を少なくとも２枚以上積層し減圧下で加熱プレス
し、５００℃以上の温度で熱処理することを特徴とする
炭素／炭素複合材の製造方法。 - 【請求項３】 炭素繊維が高温帯域中に浮遊した超微粒
金属触媒と炭化水素化合物とを接触させて得た気相成長
炭素繊維または該気相成長炭素繊維を１０００℃以上の
温度で熱処理して得た黒鉛繊維であることを特徴とする
請求項１又は２記載の炭素／炭素複合材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4133504A JPH05330915A (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 炭素／炭素複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4133504A JPH05330915A (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 炭素／炭素複合材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05330915A true JPH05330915A (ja) | 1993-12-14 |
Family
ID=15106320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4133504A Pending JPH05330915A (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 炭素／炭素複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05330915A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4820486A (en) * | 1985-04-05 | 1989-04-11 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Low alloy steel having good stress corrosion cracking resistance |
| EP0684216A1 (en) * | 1993-03-15 | 1995-11-29 | Across Co., Ltd. | Spring members and processes for the production thereof |
| JP2002020179A (ja) * | 2000-06-28 | 2002-01-23 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 複合炭素成形体およびその製造方法 |
| JP2005060150A (ja) * | 2003-08-08 | 2005-03-10 | Jfe Chemical Corp | 黒鉛質材料の製造方法、リチウムイオン二次電池用負極材料およびリチウムイオン二次電池 |
| JP2005289661A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Jfe Chemical Corp | 炭素材料、リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池 |
| JP2011093758A (ja) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Ibiden Co Ltd | 炭素質材料 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62242A (ja) * | 1985-06-25 | 1987-01-06 | Karupisu Shokuhin Kogyo Kk | 懸濁性乳蛋白質微粒子の製造方法 |
| JPH03150266A (ja) * | 1989-11-07 | 1991-06-26 | Akechi Ceramics Kk | 炭素／炭素複合材料の製造方法 |
| JPH03174359A (ja) * | 1989-11-30 | 1991-07-29 | Nkk Corp | 炭素繊維強化炭素の製造方法 |
-
1992
- 1992-05-26 JP JP4133504A patent/JPH05330915A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2011093758A (ja) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Ibiden Co Ltd | 炭素質材料 |
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