JPH0235703B2 - - Google Patents
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- JPH0235703B2 JPH0235703B2 JP62301772A JP30177287A JPH0235703B2 JP H0235703 B2 JPH0235703 B2 JP H0235703B2 JP 62301772 A JP62301772 A JP 62301772A JP 30177287 A JP30177287 A JP 30177287A JP H0235703 B2 JPH0235703 B2 JP H0235703B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fibers
- pitch
- temperature
- carbon
- treated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Chemical Treatment Of Fibers During Manufacturing Processes (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、炭素繊維強化炭素複合材の新規な製
造方法に関するものである。さらに詳しくいえ
ば、本発明は、新素材として有用な、軽量でかつ
強度及び耐熱性などに優れた炭素繊維強化炭素複
合材を効率よく製造する方法に関するものであ
る。 従来の技術 近年、新素材の開発研究が盛んに行われている
が、その中でも炭素繊維強化複合材は、軽量であ
り、かつ強度及び耐熱性などに優れた素材として
注目されている。 この複合材については多くの製造方法が開発さ
れているが、一般には、炭素繊維をフエノール樹
脂などの熱硬化性樹脂で成形、固化後、焼成する
方法、あるいは炭素繊維に炭化水素を炭素源とし
た熱CVDにより、該炭素繊維間に炭素を沈積さ
せる方法などが行われている。 しかしながら、前者の方法においては、該熱硬
化性樹脂からの炭素収率が低いために、気孔が多
くて低強度のものしか得られず、含浸と焼成を繰
り返して強度の向上を図る必要があるが、これに
は煩雑な操作を繰り返さなければならない上に、
コスト高になるのを免れない。 一方、後者の方法においては沈積速度が遅く、
製造に長時間を要するので実用的でない。 このほか、最近自己焼結性炭素をマトリツクス
とする方法が開発されたが、この方法で用いる自
己焼結性炭素は生コークスのように、わずかに粘
結性を有するコークスに近い粉末状固体のもので
あるため、繊維との均一混合が困難であり、これ
を繊維上に付着させるには、電着法を用いなけれ
ばならないので、やはり操作が煩雑で、経済的に
不利になるのを免れない。 これらの方法は、いずれも約1000℃以上の温度
で焼成された炭素繊維を用いる方法であるが、こ
のほかにピツチ系炭素繊維の製造原糸であるピツ
チを紡糸したピツチ繊維、あるいは不融化処理し
た繊維を積層し、そのままあるいはわずかに荷重
を加えて炭素化する方法も知られている（特開昭
50−101405号公報、特開昭52−47014号公報）。 そして、この方法によつて得られるものは気孔
率が高く、軽量であるが強度が不足するため、さ
らにピツチなどを含浸して、焼成することが行わ
れている（特開昭52−47014号公報）。 この方法においては、炭素化時に繊維同士の融
合を伴うため、熱可塑性のピツチ繊維を用いて積
層、炭素化する場合、低い昇温速度を用いない限
り、繊維同士の融合が過度に進行し、繊維形態を
維持することができないという欠点がある。しか
もピツチ繊維や不融化ピツチ繊維の強度が低いた
め取り扱いにくい上に、炭素化時に熱分解、重縮
合反応により、著しい収縮を生じるため、融合し
た部分が剥離するおそれがあるなどの欠点があ
る。 発明が解決しようとする問題点 本発明はこのような従来の炭素繊維強化炭素複
合材の製造方法が有する欠点を克服し、軽量でか
つ強度及び耐熱性などの物性が優れた炭素繊維強
化炭素複合材を効率よく製造するための方法を提
供することを目的としてなされたものである。 問題点を解決するための手段 本発明者らは、炭素繊維強化炭素複合材の製造
方法について種々研究を重ねた結果、炭素繊維と
して、特定の低温領域の温度で焼成したのを用
い、これに特定のタール油を塗布して所定の条件
で熱処理したのち、熱硬化性樹脂又はピツチを含
浸させ、所定の温度で焼成することにより、その
目的を達成しうることを見い出し、この知見に基
づいて本発明を完成するに至つた。 すなわち、本発明は、不活性雰囲気中、500〜
800℃の範囲の温度で熱処理した炭素繊維に、ア
ントラセン油、コールタール及びコールタールピ
ツチの中から選ばれた少なくとも１種のタール油
を塗布し、これを0.1〜10Kg／cm2−Ｇの荷重下に、
600〜800℃の範囲の温度で加熱処理したのち、熱
硬化性樹脂又はピツチを含浸させ、次いで1000℃
以上の温度で焼成す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を提供するものであ
る。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明方法においては、炭素繊維としてピツチ
系又はPAN系のいずれも用いることができる。
本発明で用いるピツチ系炭素繊維は、紡糸用ピツ
チとして、光学的異方性相であるメソフエースを
含有するメソフエースピツチ、又は光学的等方性
ピツチを紡糸し、この繊維状ピツチ（ピツチ繊
維）を空気中において、通常280〜350℃の範囲の
温度で不融化処理したのち、不活性ガス中で、
500〜800℃の範囲の温度において熱処理して得ら
れたものである。この熱処理温度が500℃未満の
ものは強度が低くて取り扱いが不便である上に、
アントラセン油などのタール油を塗布後、成形し
たものは繊維同士の融合が大きく、強度の低い複
合材しか得られないし、また800℃を超えるもの
では繊維同士の融合が生じないため、所望の成形
体が得られにくい。 一方、PAN系炭素繊維についても、不活性雰
囲気中、500〜800℃の範囲の温度で熱処理して用
いられる。この熱処理温度が500℃未満のものは
比較的強度が高く取り扱い上の困難はないが、前
記のピツチ系炭素繊維の場合と同様に繊維同士の
融合の度合が大きくて、強度の低い複合材が得ら
れるにすぎず、また800℃を超えるものでは、ピ
ツチ系繊維と同様に繊維同士の融合が生じないた
め、所望の成形体を得ることができない。 本発明方法においては、これらの炭素繊維に、
アントラセン油、コールタール及びコールタール
ピツチ油の中から選ばれた少なくとも１種のター
ル油を塗布し、熱処理を行う。この際に用いるタ
ール油は縮合多環芳香族化合物を多く含有し、粘
度が低くかつ炭化収率も低いものが好ましい。脂
肪族炭化水素を多く含有するものは、繊維同士を
融合させる作用が小さいし、粘度や軟化点が高い
と繊維表面に均一に塗布させることが困難であ
り、また炭化収率が高いと繊維同士の融合を阻害
するので好ましくない。また、コールタールピツ
チについては、軟ピツチの場合はそのまま用いる
ことができるが、中、高ピツチは軟化点、炭化収
率共に高いので、アントラセン油などで希釈して
用いるのが好ましい。アントラセン油よりも沸点
範囲の低い留分を多く含有するクレオソート油や
吸収油などのタール油を用いると、加圧成形時の
温度が低い段階で大部分が蒸発するため、繊維同
士の融合が十分に進行しない。 本発明方法において、炭素繊維に前記タールを
塗布する方法については特に制限はなく、例えば
タール油に繊維をどぶづけする方法や刷毛で塗り
付ける方法など適当な方法を用いることができ
る。 この際、タール油を塗布しないで、繊維をその
まま成形しようとしても成形体は得られない。 本発明方法においては、このようにしてタール
油を塗布した炭素繊維を所望形状の型枠に入れ、
0.1〜10Kg／cm2−Ｇの範囲の荷重下で、600〜800
℃の範囲の温度において加熱処理する。この加熱
処理は不活性雰囲気中で行うのが好ましい。前記
荷重が0.1Kg／cm2−Ｇ未満では繊維同士の融合が
十分ではないし、10Kg／cm2−Ｇを超えると圧力を
高くした割りには効果が期待できず、成形体のか
さ密度も10Kg／cm2−Ｇの場合と特に差異が認めら
れない。この荷重の最適の大きさは用いる炭素繊
維の熱処理温度によつて適宜選ばれるが、一般的
には熱処理温度の低い繊維では荷重を小さくする
のが好ましく、過度の荷重を用いると折損する。
さらにこの処理温度は600〜800℃の範囲で行う必
要がある。この温度が600℃未満では繊維同士の
融合が十分行われない。また、繊維同士の融合の
面では800℃より高い温度は必要ではなく、800℃
を超えるとむしろ型枠などの装置において耐熱性
の問題を生じ好ましくない。 このようにして得られた成形体は、かさ密度が
約0.7〜1.0ｇ／cm3で多くの気孔を有している。し
たがつて、この気孔を埋めるために、熱硬化性樹
脂又はピツチ類を含浸し、焼成処理を行うことが
必要である。この含浸方法については特に制限は
なく、公知の方法を用いることができるが、一般
的には加圧含浸法が有利である。 この加圧含浸法はは、加圧容器内に含浸用の熱
硬化性樹脂又はピツチを入れ、減圧したのち、成
形体を熱硬化性樹脂又はピツチ中に投入し、次い
で10Kg／cm2−Ｇ程度の加圧下で、樹脂又はピツチ
が成形体内に十分浸透するまで保持するか、ある
いは加熱、溶融したピツチ中に成形体を入れ、約
400℃の温度で加熱処理して含浸させることによ
つて行われる。 このようにして、熱硬化性樹脂又はピツチを含
浸した成形体の焼成処理については、熱硬化性樹
脂を含浸させた場合は硬化処理したのち、1000℃
以上の温度で焼成すればよいが、ピツチを含浸さ
せた場合は、該ピツチが熱可塑性であるため、そ
のまま焼成するとその過程で含浸したピツチが留
出するので、約30Kg／cm2−Ｇ以上のガス加圧下
に、600℃以上の温度で処理するか、あるいは含
浸した成形体を型枠に入れ、約１Kg／cm2−Ｇ以上
の荷重下に、600℃以上の温度で処理したのち、
1000℃以上の温度で焼成することによりピツチの
留出を防ぎながら行われる。 このようにして、複合材が得られるが、必要な
らば、さらに2000℃以上の温度で黒鉛化処理を施
すこともできる。 発明の効果 本発明方法は、500〜800℃の比較的低い温度で
処理した炭素繊維は、繊維自体粘結性に欠けるた
め、そのままでは成形することができないが、該
繊維にアントラセン油などのタール油を塗布する
ことにより容易に成形することができる。該ター
ル油は成形処理時に大部分蒸発によつて系外に逸
散するが、粘結性の乏しい繊維表面をわずかに溶
融させ、これが接触した繊維同士を融合、結合さ
せるものと考えられる。また、このように加熱処
理された成形体に含浸させる熱硬化性樹脂やピツ
チは、繊維のみから成る成形体を補強する役割を
有している。 本発明によつて得られる炭素繊維強度炭素複合
材は、軽量で、かつ強度及び耐熱性などに優れて
おり、新素材として極めて有用である。 実施例 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
るが、本発明はこれらの例によつてなんら限定さ
れるものではない。 実施例 １ メソフエースピツチを溶融紡糸して12〜15μｍ
のピツチ繊維を得たのち、空気中で２℃／分の昇
温速度で320℃まで加熱し、10分間保持して不融
化処理した。次にこれを窒素ガス気流中で500℃、
600℃又は800℃まで加熱し、30分間保持して炭素
繊維を得た。 このような炭素繊維約１ｇをアントラセン油に
浸せきし、過剰のアントラセン油を除いたのち、
幅10mm、長さ100mmの両端を開放した型枠に入れ、
次いでこれをステンレス鋼製容器に入れて、窒素
ガス気流中で、0.1〜7.5Kg／cm2−Ｇの荷重下、５
℃／分の昇温速度で600〜800℃の範囲の所定温度
まで加熱し、60分間保持した。次に、このように
して得られた成形体を、300℃に加熱、溶融した
軟化点76℃のコールタールピツチに入れ、430℃
まで加熱し、２時間保持してピツチを含浸させた
のち、成形体表面に付着したピツチを除き、再び
上記の型枠に設置し、５Kg／cm2−Ｇの荷重下、５
℃／分の昇温速度で600℃まで加熱し、60分間保
持した。次に、これを管状炉において窒素ガスを
流しながら、10℃／分の昇温速度で1000℃まで加
熱し、60分間保持して焼成したのち、タンマン炉
でアルゴンガス気流中、2600℃で30分間黒鉛化処
理して、複合材を得た。 このようにして得られた炭素繊維強化炭素複合
材を約50mmの長さに切断し、スパン間40mm、上部
押し棒間隔10mm、加圧速度0.5mmの条件による４
点曲げ強度を測定した。なお試験片の個数は４個
であり、またかさ密度は体積と重量から求めた。
得られた結果まとめて第１表に示す。
造方法に関するものである。さらに詳しくいえ
ば、本発明は、新素材として有用な、軽量でかつ
強度及び耐熱性などに優れた炭素繊維強化炭素複
合材を効率よく製造する方法に関するものであ
る。 従来の技術 近年、新素材の開発研究が盛んに行われている
が、その中でも炭素繊維強化複合材は、軽量であ
り、かつ強度及び耐熱性などに優れた素材として
注目されている。 この複合材については多くの製造方法が開発さ
れているが、一般には、炭素繊維をフエノール樹
脂などの熱硬化性樹脂で成形、固化後、焼成する
方法、あるいは炭素繊維に炭化水素を炭素源とし
た熱CVDにより、該炭素繊維間に炭素を沈積さ
せる方法などが行われている。 しかしながら、前者の方法においては、該熱硬
化性樹脂からの炭素収率が低いために、気孔が多
くて低強度のものしか得られず、含浸と焼成を繰
り返して強度の向上を図る必要があるが、これに
は煩雑な操作を繰り返さなければならない上に、
コスト高になるのを免れない。 一方、後者の方法においては沈積速度が遅く、
製造に長時間を要するので実用的でない。 このほか、最近自己焼結性炭素をマトリツクス
とする方法が開発されたが、この方法で用いる自
己焼結性炭素は生コークスのように、わずかに粘
結性を有するコークスに近い粉末状固体のもので
あるため、繊維との均一混合が困難であり、これ
を繊維上に付着させるには、電着法を用いなけれ
ばならないので、やはり操作が煩雑で、経済的に
不利になるのを免れない。 これらの方法は、いずれも約1000℃以上の温度
で焼成された炭素繊維を用いる方法であるが、こ
のほかにピツチ系炭素繊維の製造原糸であるピツ
チを紡糸したピツチ繊維、あるいは不融化処理し
た繊維を積層し、そのままあるいはわずかに荷重
を加えて炭素化する方法も知られている（特開昭
50−101405号公報、特開昭52−47014号公報）。 そして、この方法によつて得られるものは気孔
率が高く、軽量であるが強度が不足するため、さ
らにピツチなどを含浸して、焼成することが行わ
れている（特開昭52−47014号公報）。 この方法においては、炭素化時に繊維同士の融
合を伴うため、熱可塑性のピツチ繊維を用いて積
層、炭素化する場合、低い昇温速度を用いない限
り、繊維同士の融合が過度に進行し、繊維形態を
維持することができないという欠点がある。しか
もピツチ繊維や不融化ピツチ繊維の強度が低いた
め取り扱いにくい上に、炭素化時に熱分解、重縮
合反応により、著しい収縮を生じるため、融合し
た部分が剥離するおそれがあるなどの欠点があ
る。 発明が解決しようとする問題点 本発明はこのような従来の炭素繊維強化炭素複
合材の製造方法が有する欠点を克服し、軽量でか
つ強度及び耐熱性などの物性が優れた炭素繊維強
化炭素複合材を効率よく製造するための方法を提
供することを目的としてなされたものである。 問題点を解決するための手段 本発明者らは、炭素繊維強化炭素複合材の製造
方法について種々研究を重ねた結果、炭素繊維と
して、特定の低温領域の温度で焼成したのを用
い、これに特定のタール油を塗布して所定の条件
で熱処理したのち、熱硬化性樹脂又はピツチを含
浸させ、所定の温度で焼成することにより、その
目的を達成しうることを見い出し、この知見に基
づいて本発明を完成するに至つた。 すなわち、本発明は、不活性雰囲気中、500〜
800℃の範囲の温度で熱処理した炭素繊維に、ア
ントラセン油、コールタール及びコールタールピ
ツチの中から選ばれた少なくとも１種のタール油
を塗布し、これを0.1〜10Kg／cm2−Ｇの荷重下に、
600〜800℃の範囲の温度で加熱処理したのち、熱
硬化性樹脂又はピツチを含浸させ、次いで1000℃
以上の温度で焼成す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を提供するものであ
る。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明方法においては、炭素繊維としてピツチ
系又はPAN系のいずれも用いることができる。
本発明で用いるピツチ系炭素繊維は、紡糸用ピツ
チとして、光学的異方性相であるメソフエースを
含有するメソフエースピツチ、又は光学的等方性
ピツチを紡糸し、この繊維状ピツチ（ピツチ繊
維）を空気中において、通常280〜350℃の範囲の
温度で不融化処理したのち、不活性ガス中で、
500〜800℃の範囲の温度において熱処理して得ら
れたものである。この熱処理温度が500℃未満の
ものは強度が低くて取り扱いが不便である上に、
アントラセン油などのタール油を塗布後、成形し
たものは繊維同士の融合が大きく、強度の低い複
合材しか得られないし、また800℃を超えるもの
では繊維同士の融合が生じないため、所望の成形
体が得られにくい。 一方、PAN系炭素繊維についても、不活性雰
囲気中、500〜800℃の範囲の温度で熱処理して用
いられる。この熱処理温度が500℃未満のものは
比較的強度が高く取り扱い上の困難はないが、前
記のピツチ系炭素繊維の場合と同様に繊維同士の
融合の度合が大きくて、強度の低い複合材が得ら
れるにすぎず、また800℃を超えるものでは、ピ
ツチ系繊維と同様に繊維同士の融合が生じないた
め、所望の成形体を得ることができない。 本発明方法においては、これらの炭素繊維に、
アントラセン油、コールタール及びコールタール
ピツチ油の中から選ばれた少なくとも１種のター
ル油を塗布し、熱処理を行う。この際に用いるタ
ール油は縮合多環芳香族化合物を多く含有し、粘
度が低くかつ炭化収率も低いものが好ましい。脂
肪族炭化水素を多く含有するものは、繊維同士を
融合させる作用が小さいし、粘度や軟化点が高い
と繊維表面に均一に塗布させることが困難であ
り、また炭化収率が高いと繊維同士の融合を阻害
するので好ましくない。また、コールタールピツ
チについては、軟ピツチの場合はそのまま用いる
ことができるが、中、高ピツチは軟化点、炭化収
率共に高いので、アントラセン油などで希釈して
用いるのが好ましい。アントラセン油よりも沸点
範囲の低い留分を多く含有するクレオソート油や
吸収油などのタール油を用いると、加圧成形時の
温度が低い段階で大部分が蒸発するため、繊維同
士の融合が十分に進行しない。 本発明方法において、炭素繊維に前記タールを
塗布する方法については特に制限はなく、例えば
タール油に繊維をどぶづけする方法や刷毛で塗り
付ける方法など適当な方法を用いることができ
る。 この際、タール油を塗布しないで、繊維をその
まま成形しようとしても成形体は得られない。 本発明方法においては、このようにしてタール
油を塗布した炭素繊維を所望形状の型枠に入れ、
0.1〜10Kg／cm2−Ｇの範囲の荷重下で、600〜800
℃の範囲の温度において加熱処理する。この加熱
処理は不活性雰囲気中で行うのが好ましい。前記
荷重が0.1Kg／cm2−Ｇ未満では繊維同士の融合が
十分ではないし、10Kg／cm2−Ｇを超えると圧力を
高くした割りには効果が期待できず、成形体のか
さ密度も10Kg／cm2−Ｇの場合と特に差異が認めら
れない。この荷重の最適の大きさは用いる炭素繊
維の熱処理温度によつて適宜選ばれるが、一般的
には熱処理温度の低い繊維では荷重を小さくする
のが好ましく、過度の荷重を用いると折損する。
さらにこの処理温度は600〜800℃の範囲で行う必
要がある。この温度が600℃未満では繊維同士の
融合が十分行われない。また、繊維同士の融合の
面では800℃より高い温度は必要ではなく、800℃
を超えるとむしろ型枠などの装置において耐熱性
の問題を生じ好ましくない。 このようにして得られた成形体は、かさ密度が
約0.7〜1.0ｇ／cm3で多くの気孔を有している。し
たがつて、この気孔を埋めるために、熱硬化性樹
脂又はピツチ類を含浸し、焼成処理を行うことが
必要である。この含浸方法については特に制限は
なく、公知の方法を用いることができるが、一般
的には加圧含浸法が有利である。 この加圧含浸法はは、加圧容器内に含浸用の熱
硬化性樹脂又はピツチを入れ、減圧したのち、成
形体を熱硬化性樹脂又はピツチ中に投入し、次い
で10Kg／cm2−Ｇ程度の加圧下で、樹脂又はピツチ
が成形体内に十分浸透するまで保持するか、ある
いは加熱、溶融したピツチ中に成形体を入れ、約
400℃の温度で加熱処理して含浸させることによ
つて行われる。 このようにして、熱硬化性樹脂又はピツチを含
浸した成形体の焼成処理については、熱硬化性樹
脂を含浸させた場合は硬化処理したのち、1000℃
以上の温度で焼成すればよいが、ピツチを含浸さ
せた場合は、該ピツチが熱可塑性であるため、そ
のまま焼成するとその過程で含浸したピツチが留
出するので、約30Kg／cm2−Ｇ以上のガス加圧下
に、600℃以上の温度で処理するか、あるいは含
浸した成形体を型枠に入れ、約１Kg／cm2−Ｇ以上
の荷重下に、600℃以上の温度で処理したのち、
1000℃以上の温度で焼成することによりピツチの
留出を防ぎながら行われる。 このようにして、複合材が得られるが、必要な
らば、さらに2000℃以上の温度で黒鉛化処理を施
すこともできる。 発明の効果 本発明方法は、500〜800℃の比較的低い温度で
処理した炭素繊維は、繊維自体粘結性に欠けるた
め、そのままでは成形することができないが、該
繊維にアントラセン油などのタール油を塗布する
ことにより容易に成形することができる。該ター
ル油は成形処理時に大部分蒸発によつて系外に逸
散するが、粘結性の乏しい繊維表面をわずかに溶
融させ、これが接触した繊維同士を融合、結合さ
せるものと考えられる。また、このように加熱処
理された成形体に含浸させる熱硬化性樹脂やピツ
チは、繊維のみから成る成形体を補強する役割を
有している。 本発明によつて得られる炭素繊維強度炭素複合
材は、軽量で、かつ強度及び耐熱性などに優れて
おり、新素材として極めて有用である。 実施例 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
るが、本発明はこれらの例によつてなんら限定さ
れるものではない。 実施例 １ メソフエースピツチを溶融紡糸して12〜15μｍ
のピツチ繊維を得たのち、空気中で２℃／分の昇
温速度で320℃まで加熱し、10分間保持して不融
化処理した。次にこれを窒素ガス気流中で500℃、
600℃又は800℃まで加熱し、30分間保持して炭素
繊維を得た。 このような炭素繊維約１ｇをアントラセン油に
浸せきし、過剰のアントラセン油を除いたのち、
幅10mm、長さ100mmの両端を開放した型枠に入れ、
次いでこれをステンレス鋼製容器に入れて、窒素
ガス気流中で、0.1〜7.5Kg／cm2−Ｇの荷重下、５
℃／分の昇温速度で600〜800℃の範囲の所定温度
まで加熱し、60分間保持した。次に、このように
して得られた成形体を、300℃に加熱、溶融した
軟化点76℃のコールタールピツチに入れ、430℃
まで加熱し、２時間保持してピツチを含浸させた
のち、成形体表面に付着したピツチを除き、再び
上記の型枠に設置し、５Kg／cm2−Ｇの荷重下、５
℃／分の昇温速度で600℃まで加熱し、60分間保
持した。次に、これを管状炉において窒素ガスを
流しながら、10℃／分の昇温速度で1000℃まで加
熱し、60分間保持して焼成したのち、タンマン炉
でアルゴンガス気流中、2600℃で30分間黒鉛化処
理して、複合材を得た。 このようにして得られた炭素繊維強化炭素複合
材を約50mmの長さに切断し、スパン間40mm、上部
押し棒間隔10mm、加圧速度0.5mmの条件による４
点曲げ強度を測定した。なお試験片の個数は４個
であり、またかさ密度は体積と重量から求めた。
得られた結果まとめて第１表に示す。
【表】
2600℃で黒鉛化処理した炭素繊維強化炭素複合
材の破断面を走査型電子顕微鏡（SEM）で観察
した。その結果を図に示す。この図から明らかな
ように、繊維同士が接触している所は、たがいに
融合していることが分かる。 実施例 ２ PAN系炭素繊維の耐炎化処理繊維を600℃又は
800℃で熱処理したもの約１ｇをアントラセン油
に浸せきして塗布し、これを実施例１と同様にし
て処理した。2600℃の黒鉛化処理して得られた複
合材の曲げ強度をまとめて第２表に示す。
材の破断面を走査型電子顕微鏡（SEM）で観察
した。その結果を図に示す。この図から明らかな
ように、繊維同士が接触している所は、たがいに
融合していることが分かる。 実施例 ２ PAN系炭素繊維の耐炎化処理繊維を600℃又は
800℃で熱処理したもの約１ｇをアントラセン油
に浸せきして塗布し、これを実施例１と同様にし
て処理した。2600℃の黒鉛化処理して得られた複
合材の曲げ強度をまとめて第２表に示す。
【表】
2600℃で黒鉛化処理した複合材の組織をSEM
で観察したところ、実施例１と同様な結果が得ら
れた。 比較例 実施例１で用いた、500℃、600℃、又は800℃
の温度で熱処理して成る繊維約１ｇをそのまま型
枠に入れ、7.5Kg／cm2−Ｇの荷重下、800℃で60分
間熱処理した。得られたものは500℃又は600℃で
処理された繊維では一応形を保つていたが、手で
押すと繊維がほぐれてしまつた。また800℃で処
理した繊維では、型枠から取り出す際に、すでに
形がくずれており、形を保持したものし得られな
かつた。 実施例 ３ 軟化点76℃のコールタールピツチに、アントラ
セン油を重量比で50：50になるように加え、300
℃に加熱、混合した。このものは室温で僅かに軟
らかいものであつたので、100℃に加熱して粘度
を低下させた。これに、実施例１と同様のピツチ
系及び実施例２と同様のPAN系炭素繊維の800℃
で熱処理したものは約１ｇを浸せきしたのち、こ
れを予め約100℃に温めておいた実施例１と同様
の型枠に入れ、上から7.5Kg／cm2−Ｇの荷重を印
加し、800℃まで加熱し、60分間保持した。次に、
この成形体に実施例１と同様にしてピツチを含浸
させ、1000℃で処理したのち、2600℃の黒鉛処理
して複合材を得た。これらの複合材のかさ密度及
び曲げ強度は、ピツチ系炭素繊維ではそれぞれ
1.52ｇ／cm3及び54Kg／mm2、PAN系炭素繊維では
1.54ｇ／cm3及び58Kg／mm2であつた。
で観察したところ、実施例１と同様な結果が得ら
れた。 比較例 実施例１で用いた、500℃、600℃、又は800℃
の温度で熱処理して成る繊維約１ｇをそのまま型
枠に入れ、7.5Kg／cm2−Ｇの荷重下、800℃で60分
間熱処理した。得られたものは500℃又は600℃で
処理された繊維では一応形を保つていたが、手で
押すと繊維がほぐれてしまつた。また800℃で処
理した繊維では、型枠から取り出す際に、すでに
形がくずれており、形を保持したものし得られな
かつた。 実施例 ３ 軟化点76℃のコールタールピツチに、アントラ
セン油を重量比で50：50になるように加え、300
℃に加熱、混合した。このものは室温で僅かに軟
らかいものであつたので、100℃に加熱して粘度
を低下させた。これに、実施例１と同様のピツチ
系及び実施例２と同様のPAN系炭素繊維の800℃
で熱処理したものは約１ｇを浸せきしたのち、こ
れを予め約100℃に温めておいた実施例１と同様
の型枠に入れ、上から7.5Kg／cm2−Ｇの荷重を印
加し、800℃まで加熱し、60分間保持した。次に、
この成形体に実施例１と同様にしてピツチを含浸
させ、1000℃で処理したのち、2600℃の黒鉛処理
して複合材を得た。これらの複合材のかさ密度及
び曲げ強度は、ピツチ系炭素繊維ではそれぞれ
1.52ｇ／cm3及び54Kg／mm2、PAN系炭素繊維では
1.54ｇ／cm3及び58Kg／mm2であつた。
図は、本発明方法で得られた炭素繊維強化炭素
複合材の１例の繊維構造を示す走査型電子顕微鏡
写真図である。
複合材の１例の繊維構造を示す走査型電子顕微鏡
写真図である。
Claims (1)
- １ 不活性雰囲気中、500〜800℃の範囲温度で熱
処理した炭素繊維に、アントラセン油、コールタ
ール及びコールタールピツチの中から選ばれた少
なくとも１種のタール油を塗布し、これを0.1〜
10Kg／cm2−Ｇの荷重下に、600〜800℃の範囲の温
度で加熱処理したのち、熱硬化性樹脂又はピツチ
を含浸させ、次いで1000℃以上の温度で焼成する
ことを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62301772A JPH01145372A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62301772A JPH01145372A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01145372A JPH01145372A (ja) | 1989-06-07 |
| JPH0235703B2 true JPH0235703B2 (ja) | 1990-08-13 |
Family
ID=17900986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62301772A Granted JPH01145372A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01145372A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2600088B2 (ja) * | 1990-09-26 | 1997-04-16 | 工業技術院長 | 黒鉛繊維の製造方法 |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP62301772A patent/JPH01145372A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01145372A (ja) | 1989-06-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |