JPH0343227B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0343227B2 JPH0343227B2 JP63279978A JP27997888A JPH0343227B2 JP H0343227 B2 JPH0343227 B2 JP H0343227B2 JP 63279978 A JP63279978 A JP 63279978A JP 27997888 A JP27997888 A JP 27997888A JP H0343227 B2 JPH0343227 B2 JP H0343227B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- mandrel
- temperature
- resin
- carbon fiber
- 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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- Ceramic Products (AREA)
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の製法に関
するものである。
するものである。
炭素繊維強化炭素複合材は、マトリツクスが炭
素又は黒鉛であるため、昇華温度が高く、高温に
なる程機械的特性が向上し、熱衝撃に強く、アブ
レーチヨン性能に優れ、化学的に不活性である。
それに加え、炭素繊維で強化されているために機
械的特性が一般の炭素材料に比較して著しく良好
である。したがつて、炭素繊維強化炭素複合材
は、高温断熱材や航空機ブレーキ材や宇宙工業用
構造材等に広く使用されている。
素又は黒鉛であるため、昇華温度が高く、高温に
なる程機械的特性が向上し、熱衝撃に強く、アブ
レーチヨン性能に優れ、化学的に不活性である。
それに加え、炭素繊維で強化されているために機
械的特性が一般の炭素材料に比較して著しく良好
である。したがつて、炭素繊維強化炭素複合材
は、高温断熱材や航空機ブレーキ材や宇宙工業用
構造材等に広く使用されている。
〔従来技術及び問題点〕
従来、中空円筒状炭素繊維強化炭素複合材の製
法は、通常、スチール製マンドレルに炭素繊維の
フイラメント又はテープをワインドし硬化後、マ
ンドレルから脱型したのち、炭素化するか、又
は、円筒状金型を用いて、その内側に炭素繊維プ
リプグレを積層後、加圧硬化させ脱型したのち、
炭化させていた。しかし、この炭化時において、
変形剥離、割れ等の構造的損傷を生ずることが多
く、特に肉厚の炭素繊維強化炭素複合材を構造的
損傷なしに製造することは著しく困難であつた。
法は、通常、スチール製マンドレルに炭素繊維の
フイラメント又はテープをワインドし硬化後、マ
ンドレルから脱型したのち、炭素化するか、又
は、円筒状金型を用いて、その内側に炭素繊維プ
リプグレを積層後、加圧硬化させ脱型したのち、
炭化させていた。しかし、この炭化時において、
変形剥離、割れ等の構造的損傷を生ずることが多
く、特に肉厚の炭素繊維強化炭素複合材を構造的
損傷なしに製造することは著しく困難であつた。
これらの損傷が生ずる要因として次の如く考え
られる。
られる。
炭化工程において、マトリツクスは初期の加熱
工程で熱膨張を起こし、次いで、熱分解により体
積収縮を起こす。強化繊維は熱膨張係数が非常に
小さいので、マトリツクスの変形との差により、
大きな内部応力が発生する。更に、マトリツクス
が炭化されるまでの中間段階において、マトリツ
クスが強度的に非常に弱くなる過程があるため、
内部応力がマトリツクスの強度により大となり、
前記の如く構造的損傷が生ずる。
工程で熱膨張を起こし、次いで、熱分解により体
積収縮を起こす。強化繊維は熱膨張係数が非常に
小さいので、マトリツクスの変形との差により、
大きな内部応力が発生する。更に、マトリツクス
が炭化されるまでの中間段階において、マトリツ
クスが強度的に非常に弱くなる過程があるため、
内部応力がマトリツクスの強度により大となり、
前記の如く構造的損傷が生ずる。
本発明者等は、この問題を解決すべく鋭意検討
の結果、本発明に至つた。本発明の目的は、変形
剥離、割れ等の構造的損傷のない肉厚の中空の円
柱、角柱、円錐、截頭円錐、三角フラスコ形、ワ
インボルト形等の炭素繊維強化炭素複合材を製造
する方法を提供することである。
の結果、本発明に至つた。本発明の目的は、変形
剥離、割れ等の構造的損傷のない肉厚の中空の円
柱、角柱、円錐、截頭円錐、三角フラスコ形、ワ
インボルト形等の炭素繊維強化炭素複合材を製造
する方法を提供することである。
本発明は下記の通りである。
500〜1500℃の炭素化温度又は2000℃以上の熱
処理温度において不活性雰囲気中で炭素と反応せ
ず、１×10-5／℃以下の線膨張係数を有し、か
つ、その炭素化温度以上又は熱処理温度以上の融
点をもつセラミツク材料からなるマンドレルに、
樹脂を含浸した炭素繊維を捲回積層するか、又
は、炭素繊維を捲回積層したのち樹脂を含浸し、
次いで、硬化したのち500〜1500℃で炭素化する
か、又は、更に2000℃以上で熱処理することを特
徴とする炭素繊維強化炭素複合材の製法。
処理温度において不活性雰囲気中で炭素と反応せ
ず、１×10-5／℃以下の線膨張係数を有し、か
つ、その炭素化温度以上又は熱処理温度以上の融
点をもつセラミツク材料からなるマンドレルに、
樹脂を含浸した炭素繊維を捲回積層するか、又
は、炭素繊維を捲回積層したのち樹脂を含浸し、
次いで、硬化したのち500〜1500℃で炭素化する
か、又は、更に2000℃以上で熱処理することを特
徴とする炭素繊維強化炭素複合材の製法。
本発明によれば、構造的損傷のない肉厚の中空
の炭素繊維強化炭素複合材を容易に製造すること
が可能である。
の炭素繊維強化炭素複合材を容易に製造すること
が可能である。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明に用いられるマンドレルの材質は、500
〜1500℃の炭素化温度において、又は、2000℃以
上の熱処理温度において窒素又はアルゴン等の不
活性雰囲気中で炭素と反応せず、線膨張係数が１
×10-5／℃以下、好ましくは５×10-5／℃以下で
あり、かつ、その炭素化温度以上又は熱処理温度
以上に融点を持つセラミツク材料である。
〜1500℃の炭素化温度において、又は、2000℃以
上の熱処理温度において窒素又はアルゴン等の不
活性雰囲気中で炭素と反応せず、線膨張係数が１
×10-5／℃以下、好ましくは５×10-5／℃以下で
あり、かつ、その炭素化温度以上又は熱処理温度
以上に融点を持つセラミツク材料である。
ここでいうセラミツク材料とは、酸化ベリリウ
ム、酸化ジルコニウム、ボロンカーバイド、炭化
ケイ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化タング
ステン、炭化ジルコニウム、窒化ケイ素を主成分
とする材料である。
ム、酸化ジルコニウム、ボロンカーバイド、炭化
ケイ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化タング
ステン、炭化ジルコニウム、窒化ケイ素を主成分
とする材料である。
本発明において、マンドレルの材質を限定する
理由は、下記の通りである。
理由は、下記の通りである。
マンドレルに捲回積層した炭素繊維及び樹脂か
らなる成形物を500〜1500℃の温度で炭素化し炭
素繊維強化炭素複合材を得るか又は該複合材を更
に緻密化するために、樹脂又はコールタール、ピ
ツチ等に含浸したのち炭素化するか、又は、必要
により更に2000℃以上の温度で熱処理する場合に
おいて、窒素又はアルゴン等の不活性雰囲気中で
マンドレルの材料が該複合材の主成分である炭素
又は黒鉛と反応したのでは、機械的特性に満足し
得る炭素繊維強化炭素複合材が得られないからで
ある。また、500〜1500℃以上の融点を持ち、又
は、必要により2000℃以上で熱処理する場合はそ
の熱処理温度以上の融点を持ち、しかも、その温
度で該成形物の内表面の変形を防ぎ得る強度を持
つ材質からなるマンドレルでなければならないの
である。更に、マンドレルは、上記炭素化温度又
は熱処理温度で熱膨張する際、複合材を損傷して
ならないので、線膨張係数が１×10-5／℃以下で
なければならない。それを超えると、マンドレル
の熱膨張と複合材の熱膨張の差により複合材が破
壊される。
らなる成形物を500〜1500℃の温度で炭素化し炭
素繊維強化炭素複合材を得るか又は該複合材を更
に緻密化するために、樹脂又はコールタール、ピ
ツチ等に含浸したのち炭素化するか、又は、必要
により更に2000℃以上の温度で熱処理する場合に
おいて、窒素又はアルゴン等の不活性雰囲気中で
マンドレルの材料が該複合材の主成分である炭素
又は黒鉛と反応したのでは、機械的特性に満足し
得る炭素繊維強化炭素複合材が得られないからで
ある。また、500〜1500℃以上の融点を持ち、又
は、必要により2000℃以上で熱処理する場合はそ
の熱処理温度以上の融点を持ち、しかも、その温
度で該成形物の内表面の変形を防ぎ得る強度を持
つ材質からなるマンドレルでなければならないの
である。更に、マンドレルは、上記炭素化温度又
は熱処理温度で熱膨張する際、複合材を損傷して
ならないので、線膨張係数が１×10-5／℃以下で
なければならない。それを超えると、マンドレル
の熱膨張と複合材の熱膨張の差により複合材が破
壊される。
マンドレルの形状は、円筒（柱）、角柱、截形
の外、截頭錐形、三角フラスコ形、ワインボトル
形、その他の形状のものが目的物の形状に合せて
選定される。
の外、截頭錐形、三角フラスコ形、ワインボトル
形、その他の形状のものが目的物の形状に合せて
選定される。
本発明に使用される炭素繊維は、レーヨン、ポ
リアクリロニトリル、ピツチ等を主成分とするプ
レカーサーを不活性雰囲気中で1000〜2000℃で炭
化した炭素質繊維、又は、2000℃以上の温度で黒
鉛化した黒鉛質繊維である。
リアクリロニトリル、ピツチ等を主成分とするプ
レカーサーを不活性雰囲気中で1000〜2000℃で炭
化した炭素質繊維、又は、2000℃以上の温度で黒
鉛化した黒鉛質繊維である。
炭素繊維をマンドレルの周囲に捲回積層するに
は、炭素繊維のフイラメント又はテープをワイン
ドするか、又は、炭素繊維の一方向シート、織
物、マツト等をマンドレルの周囲にローリングす
る方法が採用される。
は、炭素繊維のフイラメント又はテープをワイン
ドするか、又は、炭素繊維の一方向シート、織
物、マツト等をマンドレルの周囲にローリングす
る方法が採用される。
本発明では、マンドレルに、樹脂を含浸した炭
素繊維を捲回積層するか、又は、炭素繊維を捲回
積層したのち樹脂を含浸し、次いで硬化を行う。
この際、必要により予備硬化を行い成形を容易に
することも可能である。
素繊維を捲回積層するか、又は、炭素繊維を捲回
積層したのち樹脂を含浸し、次いで硬化を行う。
この際、必要により予備硬化を行い成形を容易に
することも可能である。
成形硬化に使用する樹脂は、フラン、フエノー
ル、ポリイミド、エポキシ等の各樹脂である。樹
脂が高粘度のもの又は固体である場合には、適当
な溶媒に溶かすか、又は加熱して溶融して用い
る。また、必要により緻密化するために複合材を
フラン樹脂、フエノール樹脂、コールタール、ピ
ツチ等に含浸し、不活性雰囲気中で炭化すること
も可能である。更に、高温で熱処理することによ
り、炭素質を黒鉛質に変えることも可能である。
ル、ポリイミド、エポキシ等の各樹脂である。樹
脂が高粘度のもの又は固体である場合には、適当
な溶媒に溶かすか、又は加熱して溶融して用い
る。また、必要により緻密化するために複合材を
フラン樹脂、フエノール樹脂、コールタール、ピ
ツチ等に含浸し、不活性雰囲気中で炭化すること
も可能である。更に、高温で熱処理することによ
り、炭素質を黒鉛質に変えることも可能である。
マンドレルは上記の最終工程まで挿入したまま
でもよいし、複合材が緻密化し充分な強度を保持
したら、除去したのち更に処理を行なつてもよ
い。
でもよいし、複合材が緻密化し充分な強度を保持
したら、除去したのち更に処理を行なつてもよ
い。
マンドレルを中空状とし、その側面に幾つかの
小さな穴をあけて、複合材の緻密化工程での含浸
を容易にすることも可能である。
小さな穴をあけて、複合材の緻密化工程での含浸
を容易にすることも可能である。
使用目的によつては、内層にマンドレルを残し
たまま外層を炭素繊維強化炭素複合材の２層構造
として使用することも可能である。
たまま外層を炭素繊維強化炭素複合材の２層構造
として使用することも可能である。
実施例 １
線膨張係数4.7×10-6／℃を有する炭化ケイ素
からなるマンドレル（外径10mm）を使用して、フ
エノール樹脂（住友化学社製スミライトレンジ
PR−50273）を含浸した炭素繊維（東邦レーヨン
社製ベスフアイトHTA−6000）を、フイラメ
ントワインド法によりマンドレルに巻き角度60゜
で捲回積層し、外径35mmの成形物を得た。この成
形物を170℃で１時間硬化し、250℃で６時間ポス
トキユアしたのち、窒素雰囲気中で50℃／時間で
1000℃まで昇温し炭素化した。
からなるマンドレル（外径10mm）を使用して、フ
エノール樹脂（住友化学社製スミライトレンジ
PR−50273）を含浸した炭素繊維（東邦レーヨン
社製ベスフアイトHTA−6000）を、フイラメ
ントワインド法によりマンドレルに巻き角度60゜
で捲回積層し、外径35mmの成形物を得た。この成
形物を170℃で１時間硬化し、250℃で６時間ポス
トキユアしたのち、窒素雰囲気中で50℃／時間で
1000℃まで昇温し炭素化した。
この複合材を緻密化するため、コールタールへ
の浸漬と前記条件での炭素化とを６回繰返した。
の浸漬と前記条件での炭素化とを６回繰返した。
次いで、芯部の炭化ケイ素材マンドレルを切削
除去したのち、アルゴン雰囲気中で50℃１時間で
昇温し2800℃て黒鉛化した。
除去したのち、アルゴン雰囲気中で50℃１時間で
昇温し2800℃て黒鉛化した。
その結果、見掛密度1.55ｇ／cm3のクラツクのな
い均質な円筒状炭素繊維強化炭素複合材が得られ
た。
い均質な円筒状炭素繊維強化炭素複合材が得られ
た。
比較例 １
通常のスチール材（線膨張係数２×10-5／℃）
からなるマンドレル（外径30mm）を使用して、実
施例１と同様にして、巻き角度45℃で捲回積層し
て、外径75mmの成形物を得た。この成形物を170
℃で１時間硬化したのち、内芯のスチール製マン
ドレルを引抜いて、更に250℃で８時間ポストキ
ユアした。
からなるマンドレル（外径30mm）を使用して、実
施例１と同様にして、巻き角度45℃で捲回積層し
て、外径75mmの成形物を得た。この成形物を170
℃で１時間硬化したのち、内芯のスチール製マン
ドレルを引抜いて、更に250℃で８時間ポストキ
ユアした。
これを窒素雰囲気中で50℃／時間で1000℃まで
昇温し炭素化した。その結果、クラツクが著しく
多発した品質不良の炭素繊維強化炭素複合材が得
られた。
昇温し炭素化した。その結果、クラツクが著しく
多発した品質不良の炭素繊維強化炭素複合材が得
られた。
Claims (1)
- １ 500〜1500℃の炭素化温度又は2000℃以上の
熱処理温度において不活性雰囲気中で炭素と反応
せず、１×10-5／℃以下の線膨張係数を有し、か
つ、その炭素化温度以上又は熱処理温度以上の融
点をもつセラミツク材料からなるマンドレルに、
樹脂を含浸した炭素繊維を捲回積層するか、又
は、炭素繊維を捲回積層したのち樹脂を含浸し、
次いで、硬化したのち500〜1500℃で炭素化する
か、又は、更に2000℃以上で熱処理することを特
徴とする炭素繊維強化炭素複合材の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63279978A JPH01153571A (ja) | 1988-11-05 | 1988-11-05 | 炭素繊維強化炭素複合材の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63279978A JPH01153571A (ja) | 1988-11-05 | 1988-11-05 | 炭素繊維強化炭素複合材の製法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10717180A Division JPS5734085A (en) | 1980-08-06 | 1980-08-06 | Manufacture of carbon fiber reinforced carbon composite material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01153571A JPH01153571A (ja) | 1989-06-15 |
| JPH0343227B2 true JPH0343227B2 (ja) | 1991-07-01 |
Family
ID=17618599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63279978A Granted JPH01153571A (ja) | 1988-11-05 | 1988-11-05 | 炭素繊維強化炭素複合材の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01153571A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11549420B2 (en) | 2019-02-04 | 2023-01-10 | Honda Motor Co., Ltd. | Outboard motor catalytic converter |
| WO2021249613A1 (de) * | 2020-06-08 | 2021-12-16 | Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh | Isolation für hochtemperaturanwendungen |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3917884A (en) * | 1973-04-23 | 1975-11-04 | Fiber Materials | Method of making wound graphite carbon body |
-
1988
- 1988-11-05 JP JP63279978A patent/JPH01153571A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01153571A (ja) | 1989-06-15 |
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