JPH01145375A - 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 - 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、強度、及び摩擦、摺動特性に優れた炭素繊維
強化炭素複合材の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に、炭素繊維強化炭素複合材（以下「Ｃ／Ｃ複合材
」という。）はＰＡＮ系、ピッチ系あるいはレーヨン系
などの長短炭素繊維にフェノール樹脂、フラン樹脂など
の熱硬化性樹脂、あるいはピッチなどの熱可塑性樹脂を
含浸、又は混合して加熱成型したものを不活性ガスなど
の非酸化性雰囲気において６００−１０００℃に焼成す
ることにより得られる。

繊維を用いたＣ／Ｃ複合材を製造する方法としては、例
えば特開昭５−４Ｉ−ａｉコ９３号公報あるいは特開昭
３７−／　、２９　ｇ　／　１号公報に開示された様な
ミキサーで溶媒と炭素繊維とを混合した後スクリーンに
てマット化し、加圧する方法、又は特開昭３ｇ−３０！
３７号公報に開示された様な溶媒と炭素繊維とを成型型
中で超音波振動により混合する方法等が知られているが
、これらはいずれも繊維を如何にして均一に分散させる
かが主題であって、マトリックス材料と炭素繊維との接
着性については特に言及されていない。

また、マトリックス材料と炭素繊維との接着性に関して
は主としてエポキシ樹脂等のプラスチックをマトリック
ス材料とする場合に種々検討されており、例えば次亜塩
素酸塩等の水溶性酸化剤中で表面処理する方法（特公昭
ＩＩ＆−３７，０７７号公報）、硝酸、クロム混酸、過
硫酸等の鉱酸で表面処理する方法（特公昭１１．？−ｇ
９９！を号公報）あるいは陽極酸化による表面処理方法
等が知られていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの表面処理方法はいずれも上述し
た様にプラスチックをマトリックス材料とする場合に用
いられることが多く、Ｃ／Ｃ複合材に関して適用される
ことがなく、またＣ／Ｃ複合材については主として補強
材の均一分散に関する検討がなされ、マトリックス材料
と炭素繊維との接着性や界面での相互作用についてはあ
まシ検討がなされていなかった。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明者等は、かかる問題点につき鋭意検討を
行なった結果、特定の表面処理が施こされた炭素繊維を
用いることにより得られたＣ／Ｃ複合材の強度が改良さ
れることを見い出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の目的はマトリックス材料と炭素繊維
との接着性が改善され、強度が向上し、かつ摺動特性が
十分なＣ／Ｃ複合材を提供するものである。

そして、その目的は、炭素繊維集合体と樹脂又はピッチ
とを混合して成型し、焼成して炭素繊維強化炭素複合材
を製造する方法において、該炭素繊維集合体が予め過酸
化水素により表面酸化処理された複数の炭素繊維の集合
体であることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材の製
造方法により容易に達成される。

以下、本発明の詳細な説明するが、本発明で用いる炭素
繊維としてはピッチ系、ＰＡＮ系、あるいはレーヨン系
炭素繊維等の公知のいずれのものも使用できる。更に必
要に応じてＳｉＣ１Ａｔ２０１、カーボンブラックなど
の無機繊維、無機物などを混合添加してもよい。

通常用いられる炭素繊維の形態としては、複数の単繊維
から成るトウ、ストランド、ロービング、ヤーンなどの
形態であり、長繊維もしくはこれをカッティングするこ
とにより得られる短繊維を用いるのがよい。そして、こ
れら短繊維は複数の単繊維の束から形成されており、本
発明においてはこれら短繊維を用いる場合、通常０．３
〜１００ｍｍ、好ましくは、／〜ｋＯｗｍ程度の短繊維
を使用してＣ／Ｃ複合材とする際に、該短繊ｍｔ−それ
を構成する単繊維１本々々に分散させ、マトリックス物
質をその間に充填させることが特性向上のために好適で
あ夛、この分散手法としては公知の手法により行なえば
よい。

本発明においては、上述しえ繊維を予め過酸化水素によ
り表面酸化処理することが重要である。かかる表面処理
によりマトリックス材料と炭素繊維との接着性が向上す
るのである。

この表面酸化処理を具体的に説明すると、たとえばＪ、
ｚｗｔ＊（試薬の最大濃度）までの濃度の過酸化水素水
溶液中で室温〜ｉｏｏ℃、０、／〜数１０時間程度炭素
繊維を浸漬することにより行なわれる。

尚、用いる炭素繊維は通常サイジング剤等で処理されて
いるため予めサイジング剤等を加熱除去、例えば９０℃
、ＩＯ時間程度で煮沸するのが好ましい。

過酸化水素による表面酸化処理により、炭素繊維の改質
が十分となシ得るが、更に、この表面酸化処理に先立っ
て、水素雰囲気下で処理することもできる。

かかる水素化処理の一例を挙げると、炭素繊維を水素雰
囲気中で約ｇｏｏ℃まで加熱しながら表面酸化物を除去
し、それを２　！；　０　’Ｃ付近まで自然放冷し排気
した後、再び水素雰囲気中で１０００℃程度まで昇温し
／時間程度保持した後自然放冷することにより行なわれ
る。

このようにして得られた炭素繊維集合体とフェノール樹
脂、フラン樹脂或いは、石油系、石炭系ピッチ等のマト
リックスをｉ合あるいは含浸させた後乾燥する。その際
、マトリックスはアルコール、アセトン、アントラセン
油等の溶媒に溶解して適正な粘度に調整したものを使用
する。

次いで、この乾燥したものを得られる成型体中、Ｖｆ＝
＆〜６０％、好ましくは１０〜ｑＳ％ぐらいになる様に
金型に充填し、１００−３００℃の温度で、加圧成型す
る。その後、Ｎ２ガスなどの不活性ガス雰囲気中で／〜
２００°Ｃ／ｈ　ｒの昇温速度でざ００〜７０００℃ま
で昇温し、焼成してＣ／Ｃ複合材を得る。

上記焼成したＣ／Ｃ複合材を適宜、例えば、次の工法に
より緻密化処理を行ない、さらに強度の向上を図るのが
よい。

ｌ）樹脂、又はピッチによる緻密化処理所定温度に加熱
された槽に上記Ｃ／Ｃ複合材を載置し、槽内を真空とし
た後、樹脂、又は溶融ピッチを供給し、焼成により生じ
た空隙にマトリックスを含浸する。この後再度ｇ００−
１００θ℃の温度で焼成し、含浸したピッチを炭素化す
る。

上記工程を繰シ返すことによ、９　Ｃ／Ｃ複合材の緻密
化処理を行なう。

コ）ＣＶＤによる緻密化処理 誘導加熱コイル等により反応管内に載置した上記Ｃ／Ｃ
複合材を加熱し、炭化水素類の蒸気をＮ２ガス、Ａｒガ
スと共に反応管内に供給し、生成する熱分解炭素で空隙
を含浸し、緻密化する。

（実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明の要旨をこえない限シ、下記実施例に限定されるもの
ではない。

実施例１ １Ｏ■長の表面処理をしていない炭素繊維を？θ℃に加
熱した過酸化水素水溶液（３λｗｔ％）中に７時間浸漬
することにより、炭素繊維の表面処理を行なった。

マトリックスとしてコールタールよシ得られたメソフェ
ーズピッチとピッチコークスを重量比ｌ：ｌとしたもの
を用い、上記表面処理をした炭素繊維と共にボールミル
にて１時間混合した。次いでこの混合物を金型（深さ’
ｌ０ｗｍ、縦ＪＯＩＩＩＩ、横６０　ｗｍ　）に充填し
１．２０ＭＰａ　　常温で加圧成形し、圧力を付加しな
いでｚ−℃／分で昇温しで３００℃まで加熱した。さら
に、コ０ＭＰａ　　の圧力下にｓ　℃／分で昇温して＆
！ｒ００Ｃに加熱し、ホットプレスし成型体を得た。

この成型体をＮ２雰囲気中で１００Ｃ／−の昇温速度で
１０００℃、３０分処理した後、さらにＡｒ雰囲気中で
１Ｉｏｏ℃／　ｈｒの昇温速度でコ２００℃、３０分処
理して繊維含有率３６．７俤のＣ／Ｃ複合材とした。

得られたＣ／Ｃ複合材をｔｏｘｓｘ３ｏ■の寸法に加工
し、スパン間、２（７−の３点曲げ試験を行なったとこ
ろ９６ＭＰａ　　の高強度を示した。

比較例１ 実施例１で使用した炭素繊維を、過酸化水素水溶液処理
を行なわないで、それ以外は同様に処理を行ない繊維含
有率’Ｉ　Ｏ，／　％のＣ／Ｃ複合材とした。

得られたＣ／Ｃ複合材を実施例１と同じ条件で曲げ試験
を行なったところ、繊維含有率が高いにもかかわらす４
７ＭＰａ　　の強度しか得られなかった。

（発明の効果） 本発明の方法によれば、曲げ強度が向上し、かつ摺動特
性十分なＣ／Ｃ複合材を得ることができる。

出願人　大蔵　明　光　ほか１名 代理人　　弁理士　長谷用　　　− ・ほか１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維集合体と樹脂又はピッチとを混合して成
   型し、焼成して炭素繊維強化炭素複合材を製造する方法
   において、該炭素繊維集合体が予め過酸化水素により表
   面酸化処理された複数の炭素繊維の集合体であることを
   特徴とする炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。