JPH02107565A - 高強度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、炭素繊維強化炭素複合材料の製造法に関し、
更に詳しくはフィラーとして炭素繊維を、マトリックス
としてコールタールピッチを用いた高強度炭素複合材の
製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 炭素をマトリックスとして、炭素繊維で強化した炭素複
合材料は、炭素繊維強化炭素複合材料（以下、Ｃ／Ｃコ
ンポジットという）と呼ばれ、このＣ／Ｃコンポジット
は機械特性、耐熱特性、耐蝕性、摩擦、制動特性に優れ
ており、この特性を利用してロケットノズル、スペース
シャトルのノーズ及びリーディングエツジ、航空機のブ
レーキディスクなどの宇宙航空機器部材として実用化さ
れている。最近では原子炉や核融合炉用第一壁材料及び
骨、関節なとの医療用材料やタービン材料としての実用
化も進められている。

この様に優れた特性を有するＣ／Ｃコンポジットの製造
方法は種々あるが、炭素繊維のトウ、りロス、フェルト
などにフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させプリ
プレグをつくり、これらを積層、硬化させて成形体をつ
くる方法が一般的である。

炭素繊維そのものは、極端に異方性が強く、この炭素繊
維を補強材とした複合材料であるＣ／Ｃコンポジットは
異方性の強いものとなる。この炭素繊維の異方性を緩和
する方法としてトウを使って三次元織物を織成し、この
後でフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、次い
で加熱・硬化させて成形体を得る方法も一般的に採用さ
れている。

マトリックスとしては上記に示したフェノール。

エポキシ、フランなどの熱硬化性樹脂や石炭系及び石油
系ピンチなどの熱可塑性樹脂が一般に用いられている。

しかし、熱硬化性樹脂を用いた場合、賦形が容易という
利点はあるものの値段が高く、更にはこの樹脂を炭素繊
維に含浸させた後、加熱・硬化させるプロセスにおいて
かなり厳密な温度コントロールが必要であり、またこの
プロセス自体工程が？ＪｔＨであり多大の労力と時間を
要する。

更に、この熱硬化性樹脂の炭化物の真比重は１．４〜１
．５　ｇ／ｃｄであり、熱可塑性樹脂であるピッチの炭
化物の真比重１．８〜１．９ｇ／ｄに比較して小さく、
熱硬化性樹脂をマトリックスとした場合、Ｃ／Ｃコンポ
ジットのカサ比重があまり上がらず、その結果として機
械特性が劣るという問題がある。

マトリックスとして、ピッチで代表される熱可塑性樹脂
を用いる場合は、ピッチは熱硬化性樹脂に比較して安価
であり、しかも炭化物の真比重が大きいという利点はあ
るものの、ピッチを常圧下で加熱した場合の炭素化収率
が低く、更にピッチは溶融相を経て炭素化するために、
炭素化する過程でバブリングが起き、その持主じた気孔
はＣ／Ｃコンポジット中に残る。この気孔の存在のため
、ピッチを再含浸させる緻密化処理を多数回繰り返し行
っても、Ｃ／Ｃコンポジットのカサ比重が上がらず（カ
サ比重：　　１．３〜１．５　ｇ／ｃ＋１）　、Ｎ械的
強度がでない（曲げ強度ニア〜ｌｏｋｇ／　＊４　）と
いう問題点がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、フィラーとしてポリアクリロニトリル
系の炭素繊維を、マトリックスとしてコールタールピン
チを用いて簡単なプロセスで、しかも曲げ強度が３０ｋ
ｇ／ｍｊ以上の高強度Ｃ／Ｃコンポジットを安価に製造
する方法を提供するものである。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、表面の酸素含有官能基量（０□／ＣＩｓ）が
０．００５〜０．０５０．窒素含有官能基量（Ｎｌｆｆ
／Ｃｐｓ）が０．００１〜０．０１０の範囲のポリアク
リロニトリル系の炭素繊維を二次元乃至三次元に配向さ
せたものに、コールタールピッチを含浸させ、次いで含
浸させた伏態で炭化処理を行い、次いでこの処理材に実
質的にキノリン不溶分を含まないコールタールピッチを
含浸させ、引続き炭化処理を行う工程を、カサ比重が１
．５ｇ／ｃｔ１以上になるまで繰り返すことを特徴とす
る高強度炭素複合材の製造方法である。

但しＣ１３、　０１１　Ｎ　ＩｓはそれぞれＸ線光電子
分光法（ＥＳＣＡ）によりイオン化ポテンシャル２８０
〜２９２ｅＶ、　５２０〜５４０ｅＶ、　３９５〜４０
５ｅＶの範囲で求めたピーク面積である。

く作　用〉 次に本発明の内容を更に詳細に説明する。

Ｃ／Ｃコンポジットの製造に使用される炭素繊維の織り
方は、繊維の配向方向で区別され、（１）クロス積層材
料、斜交積層材料などの繊維の二次元配向、（２）二次
元配向させた積層材料の厚さ方向に垂直系を配向させた
三次元配向に分類できる。本発明はこれら二次元及び三
次元配向させた炭素繊維をフィラーとして用いる。

炭素繊維の種類は原料で大別して、ポリアクリロニトリ
ル系、レーヨン系、ピッチ系があるが、安価でしかも強
度の大きい炭素繊維はポリアクリロニトリル系であり、
本発明ではポリアクリロニトリル系の高強度糸を用いる
。

ところで炭素繊維とプラスチックとからなる複合材料（
ＣＦＲＰ）の製造においては、炭素繊維とプラスチック
との間の接着力を増し、ＣＦＲＰの強度を大きくするた
めに炭素繊維に予め表面処理を行い炭素繊維の表面に酸
素含有官能基及び窒素含有官能基を導入する方法が採用
されているが、本発明者らはＣ／Ｃコンポジット（ＣＦ
ＲＣ）の製造においても炭素繊維表面の酸素及び窒素含
有官能基量が重要であり、強度の点からＯＳｓ／Ｃ１３
の値が０．００５〜０．０５０．　Ｎ１３／Ｃ１３の値
が０．００１〜０．０１０の範囲内に限定されることを
見出した。

この酸素及び窒素含有官能基量はＸ線光電子分光法（Ｅ
ＳＣＡ）によって求められる。Ｘ線光電子分光法によっ
て求められる炭素繊維表面の０．。

／Ｃ１５、即ち酸素原子数／炭素原子数は炭素繊維表面
の酸素含有官能基（カルボキシル基、ヒドロキシル基、
カルボニル基など）の量を示すパラメータでありＯｌｓ
　／　Ｃ＋　ｓの値が大きい程酸素含有官能基量が多い
。また炭素繊維表面のＮ１３／Ｃ１３即ち窒素原子数／
炭素原子数は炭素繊維表面の窒素含有官能基（アミド基
５アミノ基など）の量を示すパラメータであり、Ｎ１３
／Ｃ１３の値が大きい程窒素含有官能基量が多い。

炭素繊維表層の０１．及びＮ　Ｉ　３の含有量の調整は
繊維表面に表面処理により、官能基を結合させるか或い
は繊維製造時の焼成温度を制御することにより行い得る
。

ここで、ポリアクリロニトリル系の炭素繊維表面に酸素
含有官能基と窒素含有官能基との両方を兼ね備えた炭素
繊維とマトリックス炭素との間には、Ｃ／Ｃ基材製造時
における炭化処理、更には緻密化処理における炭化処理
において、化学的及び物理的な接着力が形成される。コ
ールクールピッチが熱によってコークス化する温度（８
００〜１２００’Ｃ）においてこの接着力が形成される
と考えられるが、この接着力の大きさは炭素繊維表面の
酸素及び窒素含有官能基量に依存している。即ちＥＳＣ
Ａによる炭素繊維表面のＯ１３／Ｃ１３が０．００５未
満、Ｎ１３／Ｃ１３が０．００１未満の炭素繊維では炭
素繊維とマトリックス炭素との間は接着力が弱く、Ｃ／
Ｃコンポジットは強度がでない。炭素繊維表面のＯ１３
／Ｃ１３が０．０５０以上、Ｎ’ｓ／Ｃ＋３がｏ、ｏｉ
。

以上の炭素繊維を用いれば、コールタールピッチからの
マトリックス炭素と炭素繊維の間には強固に接着されす
ぎて炭化処理過程において、炭素繊維とマトリックス炭
素との収縮率の違いから炭素繊維に傷や亀裂が入り、Ｃ
／Ｃコンポジットは強度がでない。更には、Ｃ／Ｃコン
ポジットの曲げ試験において、マトリックス炭素と炭素
繊維との間に、強固な接着力が形成されている為に、マ
トリックス炭素と炭素繊維とが一体となって破壊がおこ
り、炭素繊維の持つ高強度の特性がＣ／Ｃコンポジット
特性に反映されな（なり、Ｃ／Ｃコンポジットは強度が
でない。即ちＯＳｓ／Ｃｐ１が０．００５以上ｏ、ｏｓ
ｏ未満、Ｎ’ｓ／Ｃｐｓが０．００１以上ｏ、ｏｉｏ未
溝の範囲にある炭素繊維を用いることによって、炭素繊
維とマトリックス炭素との間に適度な接着力が形成され
る。しかもこのようにして得られたＣ／Ｃコンポジット
は、曲げ強さで３０ｋｇ／嘗１以上の特性を有する高強
度のものとなる。

なお、ＥＳＣＡＳＣ法一般によく知られており、たとえ
ば「アロマティックス」第４０巻、第１．２号３０〜３
５ページ（１９８８）等に詳しく記載されているが、本
発明の測定条件を以下に示す。

装　　　１　−　Ｖ、　Ｇ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製
、ＥＳＣＡ　　ＬＡＢ〜５ 励起Ｘ線　−ＡＩＫｇ　（１４８６，６ｅＶ）Ｘ線出力
・・・１００Ｗ 測定真空度　−１，０Ｘ１０−”ｍｂａｒ測定温度　・
・・２０℃ Ｃｌ３ピーク面積はイオン化ポテンシャル２８０〜２９
２　ｅＶの範囲で、０１．ピーク面積は５２０〜５４０
　ｅＶの範囲、Ｎ　１ｇピーク面積は３９５〜４０５　
ｅＶ範囲より求めた。本発明において（Ｌｓ／Ｃｐｓは
０１．ピーク面積とｃｐｓピーク面積の比であり、Ｎ１
３／Ｃ１３はＮＩ３ピーク面積とｃｐｓピーク面積の比
として定義されたものである。

次に緻密化処理における再炭化処理の温度は８００〜１
２００℃の温度に限定される。

８００℃未満の温度では、炭化反応がまだ充分に完了し
ていない温度であり、マトリックスであるコールタール
ピッチはコークスとはならず、炭素繊維とマトリックス
炭素との間には適度な接着力が形成されず、Ｃ／Ｃコン
ポジットは強度がでない、更に１２００℃Ｍｉの温度で
はマトリックス炭素の熱による収縮によってクラックが
入りやすく、その結果炭素繊維とマトリックス炭素の間
の一度形成された適度な接着力が破壊されてしまい、結
局Ｃ／Ｃコンポジットは強度の出ないものとなる。

ここで、最終のＣ／Ｃコンポジットは、カサ比重が１．
５ｇ／ｃ＋ｆ１以上のものでなければならない。

カサ比重が１．５ｇ／ｄ未満の低密度のＣ／Ｃコンポジ
ットは気孔が多い為に、元々強度がでない。

即ち、緻密化処理における含浸・炭化（８００〜１２０
０”Ｃ）処理を通常２〜６回繰り返して、カサ比重１．
５ｇ／ｃｒ１以上の特性を有するＣ／Ｃコンポジットは
、曲げ強度３０ｋｇ　／　ｍ４以上の機械特性を持つ高
強度のものとなる。

次に本発明ではマトリックスとなる炭素材の原料は安価
なコールタールピッチを用いる。高温乾留コールタール
からのピッチは、芳香族性に富み炭化率、真比重が大き
く、またその割りには粘性が低いという特性を有してい
るので、Ｃ／Ｃコンポジット用の原料マトリックスとし
て適している。

ここで本発明のＣ／Ｃコンポジット用のコールタールピ
ッチは、人造黒鉛電極、不浸透性黒鉛など炭素製品の製
造において、通常バインダーとして用いられるバインダ
ーピッチ、更にこれら炭素製品の含浸工程で用いられる
含浸ピッチいずれのピッチであっても良い、これらコー
ルタールピッチは代表的な熱可塑性樹脂であり、軟化点
で流動化したピッチは温度を上昇させると、０．５ｐｏ
ｉｓｅ以下の粘性を示す液体となり、更に温度を上げる
と、５００〜６００℃の温度においてコークス化（炭素
化）のために粘度が上昇し、ついには固化する。

強度の出るＣ／Ｃコンポジットを製造するためにはこの
マトリックスであるコールタールピッチが炭素繊維のフ
ィラメント間に充分に浸透することが重要であるが、ピ
ッチは粘度が充分に低く、表面張力の小さい特性を持つ
ので、含浸材として望ましい。

さらに、炭素繊維にマトリックスを含浸した後の炭化処
理は、マトリックスであるピッチ中に炭素繊維を浸した
まま行う。コールタールピッチは熱可塑性なので、炭化
処理過程で溶融するもののこの溶融ピッチが炭素繊維フ
ィラメント間に充分に浸透したまま炭化し、しかもバブ
リングで生じた気孔をまわりの溶融ピッチが埋めていく
ので、炭化処理後に大きいクランクや気孔がＣ／Ｃコン
ポジット中に見られない。さらにこの方法だとピッチ中
に炭素繊維を浸したまま炭化処理するので、従来のプリ
プレグをつくりそれらを積層．成形した後、炭化する方
法に見られた、成形の際あるいは炭化の際のピッチ流出
の問題は全くない。

ここでコールタールピッチは炭化処理によって熱分解あ
るいは低分子成分の揮発により重量が減少し炭化終了後
ピッチコークスとなる．この事を考慮に入れて、二次元
及び三次元配向炭素繊維とコールタールピッチの使用比
率は炭化終了後、ピッチコークス中にＣ／Ｃコンポジッ
トが存在する様に調製すれば良い。

更に詳しく説明すると、炭素繊維を二次元配向させた手
織，綾織，朱子織などの面状織物を所要の枚数積層し、
炭素繊維からなる積層体とする。

この積層体を保持するのは炭素材からなる板で上下から
締めつけプリフォームとする．三次元配向させた炭素繊
維の場合は、そのままピッチ含浸処理すれば良い。この
様に二次元配向させた面状織物よりなる積層体及び三次
元配向させた炭素繊維に、溶融させたコールタールピッ
チを浸ず含浸処理はコールタールピッチが充分に低い粘
度（０．ｌｐｏｉｓｅ以下）を呈する温度で行うことが
望ましく、通常この含浸温度は１５０〜３００℃である
。

引き続き炭素繊維をピッチ中に浸したまま６００〜１０
００℃で炭化処理を行うが、この際常圧，加圧及び減圧
下いずれの条件でも良い．この炭化処理は昇温を３０〜
６００℃／ｈｒという比較的速い速度で行うことができ
、Ｃ／Ｃコンポジットを効率よく容易に製造できる。

このようにして得られたＣ／Ｃコンポジットはカサ密度
，強度が充分ではなく、高密度，高強度のＣ／Ｃコンポ
ジットを得るために更に常法による含浸処理，炭化処理
を適宜繰り返す必要がある（緻密化処理）、この含浸処
理に使用する含浸材は安価なコールタールピッチが望ま
しい、このコールタールピッチは芳香族性に冨み炭化率
、真比重が大きく、特性の上からも好ましい。

ここでこのコールタールピッチは実質的にキノリン不溶
分を含有しないことが重要である。ピッチ中のキノリン
不溶分は固体粒子でありこの粒子が炭素材中の気孔を閉
塞させ、従って含浸操作における含浸材の浸透速度を著
しく小さくするからである。

この含浸処理での再炭化処理は前述したように８００〜
１２００℃で行う。この含浸−再炭化処理は２〜６回の
繰り返しでカサ比重１．５　ｇ　／ｃｍ２以上の値を有
するＣ／Ｃコンポジットを得ることができる。

ここでカサ比重１．５ｇ／ｃｍ以上のものでなければな
らない理由は、カサ比重が１．５ｇ／ｃ＋！未満の低密
度のＣ／Ｃコンポジットは気孔が多いために強度がでな
いからである。

本発明はマトリックスとしてコールタールピッチについ
て説明してきたが、これに限るものではなく石油系ピッ
チについても同一方法で高強度のＣ／Ｃコンポジットが
製造できる。

〈実施例〉 実施例１ 三次元配向させた繊維径７ＩＭの炭素繊維（使用糸ポリ
アクリロニトリル系、ＥＳＣＡによる炭素繊維表面のＯ
ｒｓ／　Ｃ１３　＝　０．０３８．　Ｎ　ｌｓ／　Ｃ１
３　＝ｏ、ｏｏｓの特性を有するもの）を含浸槽に装入
し、２２０’Ｃに溶融させたコールタールピッチ（軟化
点＝９０．０℃、ベンゼン不溶分＝３０．７ｗｔ％、キ
ノリン不溶分−９，０ｗｔ％、これらのピッチの特性の
測定はＪ　Ｉ　Ｓ　　Ｋ−２４２５に従った。以下同じ
）を５ｍ１１ｇの真空下において含浸槽に注入し、炭素
繊維にピッチを含浸させた。引き続いて常圧下において
昇温速度２００’Ｃ／ｈｒで窒素ガス雰囲気中、炭素繊
維をピッチ中に浸したまま６００℃まで炭化し、更にこ
の温度で１時間保持した。次に含浸槽より成型体を取り
出した後、窒素ガス雰囲気中３００’Ｃ／ｈ「の昇温速
度で１０００℃まで昇温し、Ｃ／Ｃコンポジット（Ｃ／
Ｃ基材）を得た。このＣ／Ｃ，ｌ材はカサ比重１．１５
ｇ／ｃ′ｌｌｌであった。

更にこのＣ／Ｃ基材にコールタールピッチ（軟化点＝８
７．Ｏ℃，ベンゼン不溶分＝１８．０ｗｔ％、キノリン
不溶分＝　ｔｒａｃｅ　）を３ｍｍ１１ｇの真空下２１
０℃で含浸した後、この成型体を窒素雰囲気中で２０℃
／ｈｒの昇温速度で１０００℃まで炭化処理した。この
含浸炭化処理を合計４回繰り返してカサ比重１．６８８
／　ｃｄ　、曲げ強度３３．８ｋｇ／ｍシのＣ／Ｃコン
ポジットを得た。

この特性試験における試験片は５０Ｘ１０Ｘ１．５　ｍ
（長さ×幅×厚み）の直方体でありカサ比重は試験片の
乾燥重量及び寸法から求めた体積より求めた０曲げ強度
は三点曲げ試験法を用い、支点間距１１ｆｌ１４０ｍと
しオートグラフにおけるクロスヘツド速度は１　ｒａｇ
　／　ａｍとした。ナイフェツジの規格はＪＩＳ　　Ｋ
　６９１１に定められたもので、支点エツジ先端の曲率
半径は２圃、加圧くさび先端の曲率半径は５ＩｗＩＩで
ある。測定試験数は３ケである。

実施例２ 実施例１において炭素繊維表面の酸素及び窒素含有官能
基量を変えた３次元織物の炭素繊維を使用する以外は全
く同一条件でＣ／Ｃコンポジットを製造した。いずれの
炭素繊維からも曲げ強度３０ｋｇ　／　ｍ４以上の特性
を有する高強度Ｃ／Ｃコンポジフトを得た。

この結果を表１に示した。

実施例３ 実施例１において、緻密化処理における炭化処理温度を
８００℃にする以外は、全く同一条件でＣ／Ｃコンポジ
ットを製造した。得られたＣ／Ｃコンポジットの特性を
表１に示す。

実施例４ 実施例１において、緻密化処理における炭化処理温度を
１２００℃にする以外は、全く同一条件でＣ／Ｃコンポ
ジットを製造した。得られたＣ／Ｃコンポジットの特性
を表１に示す。

比較例１ 実施例１において、炭素繊維表面の酸素及び窒素含有官
能基量を変えた炭素繊維を使用する以外は全（同一条件
でＣ／Ｃコンポジットを製造した。

これらの炭素繊維はＥＳＣＡによる炭素繊維表面のＯ１
３／ＣＩ！、Ｎ’ｓ／Ｃ１ｓがそれぞれ本発明の範囲外
のものであり、この炭素繊維から得られるＣ／Ｃコンポ
ジットは曲げ強度ｌＯ〜１５　ｋｇ　／　ｍＪの特性で
あった。

この結果を表１に示す。

比較例２ 実施例１において緻密化処理における炭化処理温度を７
００℃にする以外は全く同一条件でＣ／Ｃコンポジット
を製造した。得られたＣ／Ｃコンポジットの特性を表１
に示す。

比較例３ 実施例１において緻密化処理における炭化処理温度を１
．３００”Ｃにする以外は、全く同一条件でＣ／Ｃコン
ポジットを製造した。得られたＣ／Ｃコンポジットの特
性を表１に示す。

実施例５ 二次元配向させた繊維径７　ｐｍの炭素繊維の手織面状
織物を１３枚積層し、これを外枠のみ炭素材の仮で上下
から締めつけてプリフォームとした。この炭素繊維はポ
リアクリロニトリル系のものでありＥＳＣＡによる炭素
繊維表面のＯ１３／Ｃ１３−０，０４２，Ｎ　１３／　
Ｃ＋　ｓ　＝　０．００７の特性を有するものである。

このプリフォームを含浸槽に装入し、２００℃に溶融さ
せたコールタールピッチ（軟化点−Ｉ（０，５℃，ベン
ゼン不溶分＝１５．８ｗｔ％、キノリン不溶分＝　３．
５ｗｔ％）を５ｍｍＨＨの真空下において含浸槽に注入
し、炭素繊維にピッチを含浸させた。

引き続いて常圧下において昇温速度２００℃／ｈｒで窒
素ガス雰囲気中炭素繊維をピッチ中に浸したまま６００
℃まで炭化し、更にこの温度で１時間保持した０次に含
浸槽より成型体を取り出した後、窒素ガス雰囲気中３０
０℃／ｈｒの昇温速度で１０００″Ｃまで昇温し、Ｃ／
Ｃコンポジット（Ｃ／Ｃ基材）を得た。このＣ／Ｃ基材
はカサ比重１．２２ｇ／ｃ＋Ｊであった。更にこのＣ／
Ｃ基材にコールタールピッチ（軟化点−８７，０℃，ベ
ンゼン不溶分−１８，０ｗｔ％。

キノリン不溶分＝ｔｒａｃｅ　）を３隅Ｈｇの真空下２
１０℃で含浸した後、この成型体を窒素雰囲気中で１０
”Ｃ／ｈｒの昇温速度で１０００℃まで炭化処理した。

この含浸炭化処理を合計５回繰り返してカサ比重１．７
３ｇ／ｃ＋ｉｌ、曲げ強度３４．８ｋｇ／ｍＪの特性を
有するＣ／Ｃコンポジットを得た。

比較例４ 実施例５におけるＣ／Ｃコンポジットの製造法において
、緻密化処理における含浸−炭化処理を合計２回繰り返
す以外全く同一条件でＣ／Ｃコンポジフトを得た０合計
２回の緻密化処理後（１０００℃処理品）の特性はカサ
比重１．４２ｇ／ｃｄ、曲げ強度１６．３ｋｇ／−であ
った。

比較例５ 実施例１におけるＣ／Ｃコンポジットの製造法において
三次元配向させた炭素繊維として繊維径１１ｎのピッチ
系炭素繊維（ＥＳＣＡによる炭素繊維表面の０１ｓ／　
Ｃ１３＝０．０４８．　Ｎ　Ｉ３／　Ｃ１３＝０．００
８）を用いる以外全（同一条件でＣ／Ｃコンポジットを
製造した。

このものはカサ比重１．７５ｇ／ｃ＋ａ、曲げ強度１３
．２ｋｇ／曽シの特性であった。

実施例６ 三次元配向させた繊維径７μ曙の炭素繊維（使用糸ポリ
アクリロニトリル系、ＥＳＣＡによる炭素繊維表面のＯ
１３／　ＣＩｆｆ＝　００Ｏ１１，Ｎ　１３／　ＣＩｓ
　＝０．００５の特性を有するもの）を含浸槽に装入し
２３０℃に溶融させた石油系ピンチ（軟化点＝１０８．
０℃。

ベンゼン不溶分＝１３．Ｏｗｔ％、キノリン不溶分−ｔ
ｒａｃｅ　）を５ａｗｌ１ｇの真空下において含浸槽に
注入し炭素繊維にピッチを含浸させた。引き続いて常圧
下において昇温速度２００℃／ｈｒで窒素ガス雰囲気中
、炭素繊維をピッチ中に浸したまま６００℃で炭化処理
して更にこの温度で１時間保持した。次に含浸槽より成
型体を取り出した後、窒素ガス雰囲気中３００’Ｃ／ｈ
ｒの昇温速度で１０００℃まで昇温し、Ｃ／Ｃコンポジ
ット（Ｃ／Ｃ基材）を得た。このＣ／Ｃ基材はカサ比重
１゜１８ｇ／ｃ＋Ａであった。更にこのＣ／Ｃ基材に上
記の石油系ピッチを３ｍｍＨｇの真空下で２３０℃で含
浸した後、この成型体を２０℃／ｈｒの昇温速度で１０
００℃まで炭化処理した。この含浸炭化処理を合計４回
繰り返してカサ比重１．６８ｇ／ｃも曲げ強度３０．２
ｋｇ／璽シのＣ／Ｃコンポジットを得た。

上の高強度Ｃ／Ｃコンポジットが容易に得られるので、
産業への波及効果は非常に大きいものかあ〈発明の効果
〉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面の酸素含有官能基量（Ｏ＿１＿３／Ｃ＿１＿３）が
   ０．００５以上０．０５０未満，窒素含有官能基量（Ｎ
   ＿１＿３／Ｃ＿１＿３）が０．００１以上０．０１０未
   満の範囲のポリアクリロニトリル系の炭素繊維を二次元
   乃至三次元に配向させたものに、コールタールピッチを
   含浸させ、次いで含浸させた状態で炭化処理を行い、次
   いでこの処理材に実質的にキノリン不溶分を含まないコ
   ールタールピッチを含浸させ、引続き８００〜１２００
   ℃の温度で炭化処理を行う工程を、カサ比重が１．５ｇ
   ／ｃｍ＾２以上になるまで繰り返すことを特徴とする高
   強度炭素複合材の製造方法。 但しＣ＿１＿３，Ｏ＿１＿３，Ｎ＿１＿３，はそれぞれ
   Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）によりイオン化ポテンシ
   ャル２８０〜２９２ｅＶ，５２０〜５４０ｅＶ，３９５
   〜４０５ｅＶの範囲で求めたピーク面積である。