JPH04260667A - 筒状炭素繊維強化炭素複合体製造方法 - Google Patents
筒状炭素繊維強化炭素複合体製造方法Info
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- JPH04260667A JPH04260667A JP3019961A JP1996191A JPH04260667A JP H04260667 A JPH04260667 A JP H04260667A JP 3019961 A JP3019961 A JP 3019961A JP 1996191 A JP1996191 A JP 1996191A JP H04260667 A JPH04260667 A JP H04260667A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、筒状の炭素繊維強化炭
素複合体（以下、Ｃ／Ｃコンポジットという）の製造方
法に関する。
素複合体（以下、Ｃ／Ｃコンポジットという）の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、筒状のＣ／Ｃコンポジットは、炭
素繊維とマトリックスを形成する炭素化可能物質とを、
筒状に成形した後、この成形体を高温の不活性雰囲気下
で焼成する工程を経て製造している。
素繊維とマトリックスを形成する炭素化可能物質とを、
筒状に成形した後、この成形体を高温の不活性雰囲気下
で焼成する工程を経て製造している。
【０００３】具体的には、たとえば、特開昭５７−３４
０８５号公報に記載されているように、マンドレルの周
りに炭素繊維と炭素化可能物質とで筒状の成形体を形成
した後、マンドレルを抜き取り、残った成形体を焼成す
る方法や、マンドレルの周りに形成した成形体を、マン
ドレルとともに焼成した後、マンドレルを抜き取るか、
または切削して除去する方法などが知られている。
０８５号公報に記載されているように、マンドレルの周
りに炭素繊維と炭素化可能物質とで筒状の成形体を形成
した後、マンドレルを抜き取り、残った成形体を焼成す
る方法や、マンドレルの周りに形成した成形体を、マン
ドレルとともに焼成した後、マンドレルを抜き取るか、
または切削して除去する方法などが知られている。
【０００４】しかしながら、前者の方法や、マンドレル
を使用しない押出し成形法などで成形した筒状成形体を
そのまま焼成すると、焼成中に、たとえば、外力や、成
形体自身の収縮による内部応力に原因して、製品のＣ／
Ｃコンポジットが変形しているという問題が生じている
。
を使用しない押出し成形法などで成形した筒状成形体を
そのまま焼成すると、焼成中に、たとえば、外力や、成
形体自身の収縮による内部応力に原因して、製品のＣ／
Ｃコンポジットが変形しているという問題が生じている
。
【０００５】また、後者の方法は、マンドレルとともに
焼成するので、焼成中の収縮や外力による製品の変形は
避けられるが、マンドレルと成形体との熱膨張の差によ
って、成形体の全長にわたってマンドレルに接する部分
の炭素繊維が切断するという問題や、焼成後のマンドレ
ルの抜取りが困難であるという問題がある。一方、マン
ドレルを切削によって除去すれば、マンドレルは再使用
できず、製造コストが高くなるという問題がある。これ
らは、とくに、大口径の筒状のＣ／Ｃコンポジットを製
造する際に大きな問題になっている。
焼成するので、焼成中の収縮や外力による製品の変形は
避けられるが、マンドレルと成形体との熱膨張の差によ
って、成形体の全長にわたってマンドレルに接する部分
の炭素繊維が切断するという問題や、焼成後のマンドレ
ルの抜取りが困難であるという問題がある。一方、マン
ドレルを切削によって除去すれば、マンドレルは再使用
できず、製造コストが高くなるという問題がある。これ
らは、とくに、大口径の筒状のＣ／Ｃコンポジットを製
造する際に大きな問題になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、焼成
工程で、変形や、成形体の全長にわたる炭素繊維の切断
を防止することができ、かつ、経済的に筒状のＣ／Ｃコ
ンポジットを製造する方法を提供することにある。
工程で、変形や、成形体の全長にわたる炭素繊維の切断
を防止することができ、かつ、経済的に筒状のＣ／Ｃコ
ンポジットを製造する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、炭素繊維と炭素化可能物質とを含む筒
状成形体を焼成し、炭素化可能物質を炭素化してＣ／Ｃ
コンポジットとするに際し、上記成形体の両端部に、焼
成中に外寸法が成形体の内寸法と同じになり、外周面が
成形体の内周面に当接する板状体を挿入して焼成するこ
とを特徴とする筒状Ｃ／Ｃコンポジット製造方法を提供
する。
めに、本発明は、炭素繊維と炭素化可能物質とを含む筒
状成形体を焼成し、炭素化可能物質を炭素化してＣ／Ｃ
コンポジットとするに際し、上記成形体の両端部に、焼
成中に外寸法が成形体の内寸法と同じになり、外周面が
成形体の内周面に当接する板状体を挿入して焼成するこ
とを特徴とする筒状Ｃ／Ｃコンポジット製造方法を提供
する。
【０００８】
【実施態様および作用】本発明について、作用に触れつ
つ、さらに詳細に説明する。
つ、さらに詳細に説明する。
【０００９】本発明が適用される筒状のＣ／Ｃコンポジ
ットの製造方法は、少なくとも、炭素繊維と炭素化可能
物質とを含む筒状の成形体を焼成する工程を含む。
ットの製造方法は、少なくとも、炭素繊維と炭素化可能
物質とを含む筒状の成形体を焼成する工程を含む。
【００１０】ここに使用される炭素繊維は、長繊維であ
ると短繊維であるとを問わない。その使用の形態もとく
に限定されず、ロービング、織物、マット、フェルトな
ど、いずれであってもよい。
ると短繊維であるとを問わない。その使用の形態もとく
に限定されず、ロービング、織物、マット、フェルトな
ど、いずれであってもよい。
【００１１】また、炭素化可能物質は、フェノール樹脂
、エポキシ樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂が用い
られることが多いが、これらに限定されず、たとえば石
油重質油、ピッチ、アントラセンなどを使用することも
できる。
、エポキシ樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂が用い
られることが多いが、これらに限定されず、たとえば石
油重質油、ピッチ、アントラセンなどを使用することも
できる。
【００１２】この他に、必要に応じ、炭素化可能物質に
充填材や、硬化剤などの第３の成分を添加することも可
能である。
充填材や、硬化剤などの第３の成分を添加することも可
能である。
【００１３】本発明で筒状というのは、通常は大きさが
一様な円筒をさすが、円筒に限られず、軸に直角方向の
断面（横断面）の形状が楕円、多角形などの場合を含み
、また横断面の大きさも必ずしも一様である必要はなく
、たとえば、軸方向に拡径し、あるいは中間部にくびれ
部があってもよく、両端の大きさや形状が同じでない場
合にも適用できる。
一様な円筒をさすが、円筒に限られず、軸に直角方向の
断面（横断面）の形状が楕円、多角形などの場合を含み
、また横断面の大きさも必ずしも一様である必要はなく
、たとえば、軸方向に拡径し、あるいは中間部にくびれ
部があってもよく、両端の大きさや形状が同じでない場
合にも適用できる。
【００１４】成形体を得る方法は、公知のいずれの方法
でもよく、限定されない。たとえば、炭素繊維に炭素化
可能物質を予め含浸し、または含浸しつつ、マンドレル
に巻き付けるフィラメントワインディング成形法や、ハ
ンドレイアップ成形法、スプレイアップ成形法などのほ
か、マンドレルを使用しない押出し成形法や、回転成形
法を用いて成形してもよい。このようにして成形した成
形体は、通常、炭素化可能物質を硬化ないし固化してお
く。
でもよく、限定されない。たとえば、炭素繊維に炭素化
可能物質を予め含浸し、または含浸しつつ、マンドレル
に巻き付けるフィラメントワインディング成形法や、ハ
ンドレイアップ成形法、スプレイアップ成形法などのほ
か、マンドレルを使用しない押出し成形法や、回転成形
法を用いて成形してもよい。このようにして成形した成
形体は、通常、炭素化可能物質を硬化ないし固化してお
く。
【００１５】焼成は、不活性雰囲気下で行い、雰囲気炉
、真空炉、クリプトル炉、タンマン炉などの公知の高温
炉を使用すればよく、とくに限定されない。
、真空炉、クリプトル炉、タンマン炉などの公知の高温
炉を使用すればよく、とくに限定されない。
【００１６】本発明では、この成形体の両端に、焼成中
に外寸法が成形体の内寸法と同じになる板状体を挿入し
て焼成する。この板状体は、焼成中に成形体の内周面に
当接し、両端部において成形体を支持して、成形体が変
形するのを防止する作用を有する。
に外寸法が成形体の内寸法と同じになる板状体を挿入し
て焼成する。この板状体は、焼成中に成形体の内周面に
当接し、両端部において成形体を支持して、成形体が変
形するのを防止する作用を有する。
【００１７】ここで、「焼成中に外寸法が成形体の内寸
法と同じになる」という意味は、少なくとも焼成過程の
いずれかの段階で、挿入した板状体の外周面と成形体の
両端部の内周面との間に実質的に隙間がなくなる状態を
いう。とくに、変形の最も生じやすい温度領域において
、同じになることが好ましい。通常、炭素質材料の熱膨
張は、他の物質に較べて小さいが、成形体の１成分であ
る炭素化可能物質は、一般に、焼成過程で、４００℃、
ないし３０００℃の温度範囲内で化学変化を起こし、そ
の際、焼成中の成形体が変形しやすい。したがって、そ
の温度領域で、前記した両者が同じになるような形状と
材質の板状体を使用することが、成形体の変形を防ぐた
めに好ましいのである。
法と同じになる」という意味は、少なくとも焼成過程の
いずれかの段階で、挿入した板状体の外周面と成形体の
両端部の内周面との間に実質的に隙間がなくなる状態を
いう。とくに、変形の最も生じやすい温度領域において
、同じになることが好ましい。通常、炭素質材料の熱膨
張は、他の物質に較べて小さいが、成形体の１成分であ
る炭素化可能物質は、一般に、焼成過程で、４００℃、
ないし３０００℃の温度範囲内で化学変化を起こし、そ
の際、焼成中の成形体が変形しやすい。したがって、そ
の温度領域で、前記した両者が同じになるような形状と
材質の板状体を使用することが、成形体の変形を防ぐた
めに好ましいのである。
【００１８】上記の理由から、板状体の平面方向の断面
（横断面）の形状は、常温においても成形体両端部の開
孔形状に近いものになる。常温では、挿入する板状体の
外周面と成形体の両端部の内周面との間に、焼成中の熱
膨張、あるいは変態などによる形状変化を見込んだ隙間
があるようにする。
（横断面）の形状は、常温においても成形体両端部の開
孔形状に近いものになる。常温では、挿入する板状体の
外周面と成形体の両端部の内周面との間に、焼成中の熱
膨張、あるいは変態などによる形状変化を見込んだ隙間
があるようにする。
【００１９】板状体の軸方向の断面（縦断面）の形状は
任意であり、通常、矩形でよいが、板状体が成形体の内
部に落込むのを防ぐために、底辺が、相当する開孔より
も大きな台形、または凸形にしておくと取扱いの点で便
利である。厚さは、任意でとくに限定されない。
任意であり、通常、矩形でよいが、板状体が成形体の内
部に落込むのを防ぐために、底辺が、相当する開孔より
も大きな台形、または凸形にしておくと取扱いの点で便
利である。厚さは、任意でとくに限定されない。
【００２０】しかし、焼成工程での変形は完全に予測で
きるものではなく、したがって、好ましい隙間の大きさ
や縦断面形状などは、実際には、試行錯誤と経験に因っ
て決めるところが少なくない。
きるものではなく、したがって、好ましい隙間の大きさ
や縦断面形状などは、実際には、試行錯誤と経験に因っ
て決めるところが少なくない。
【００２１】板状体の材質は、耐熱性のある材料であれ
ば、黒鉛、炭素（Ｃ／Ｃコンポジットを含む）、セラミ
ックス、金属などいずれでもよく、とくに限定されない
。しかし、焼成温度は、通常、１０００℃以上であるの
で、この程度の耐熱性は必要である。１５００℃以上に
昇温する場合には、耐熱性の点で、材料の選択範囲は限
られる。このような場合には、耐熱性に優れ、熱膨張や
変態による形状変化が小さく、かつ焼成対象物に近いと
ころから、黒鉛、炭素、Ｃ／Ｃコンポジットなどの材料
が好ましい。また、これらの材料は、繰返して使用する
ことも可能である。
ば、黒鉛、炭素（Ｃ／Ｃコンポジットを含む）、セラミ
ックス、金属などいずれでもよく、とくに限定されない
。しかし、焼成温度は、通常、１０００℃以上であるの
で、この程度の耐熱性は必要である。１５００℃以上に
昇温する場合には、耐熱性の点で、材料の選択範囲は限
られる。このような場合には、耐熱性に優れ、熱膨張や
変態による形状変化が小さく、かつ焼成対象物に近いと
ころから、黒鉛、炭素、Ｃ／Ｃコンポジットなどの材料
が好ましい。また、これらの材料は、繰返して使用する
ことも可能である。
【００２２】焼成に際し、充填物を成形体に充填してお
くと、その充填物は、前記の板状体が当接しない中央部
の変形を防ぐ作用があり、好ましい。充填物は、板状体
と同様に黒鉛や炭素系の材料からなるものが好ましいが
、とくにこれに限定されるものではない。充填物の形状
は、粒体、粉体、塊状体などいずれでもよいが、充填の
し易さなどから粒体が好ましい。
くと、その充填物は、前記の板状体が当接しない中央部
の変形を防ぐ作用があり、好ましい。充填物は、板状体
と同様に黒鉛や炭素系の材料からなるものが好ましいが
、とくにこれに限定されるものではない。充填物の形状
は、粒体、粉体、塊状体などいずれでもよいが、充填の
し易さなどから粒体が好ましい。
【００２３】図１は、本発明を実施するときの一例を示
す成形体の縦断面図である。１は筒状の成形体、２はこ
の成形体１の両端部に挿入した板状体、３は充填物を示
す。
す成形体の縦断面図である。１は筒状の成形体、２はこ
の成形体１の両端部に挿入した板状体、３は充填物を示
す。
【００２４】
【実施例】つぎに、本発明の理解を容易にするために実
施例を示し、説明する。
施例を示し、説明する。
【００２５】実施例 １
メチルアルコールに溶解したフェノール樹脂を、厚さ０
．２７ｍｍの炭素繊維の平織物に含浸させ製造したプリ
プレグを、円筒状で外径２００ｍｍ、長さ１５００ｍｍ
の鋼製のマンドレルに、経糸がマンドレルの長さ方向に
なるようにして、長さが１０００ｍｍ、厚さが５ｍｍに
なるように巻き付けた。これを、約２００℃で１２０分
間加熱し、フェノール樹脂を硬化した。硬化後マンドレ
ルから脱型し、円筒の成形体を得た。
．２７ｍｍの炭素繊維の平織物に含浸させ製造したプリ
プレグを、円筒状で外径２００ｍｍ、長さ１５００ｍｍ
の鋼製のマンドレルに、経糸がマンドレルの長さ方向に
なるようにして、長さが１０００ｍｍ、厚さが５ｍｍに
なるように巻き付けた。これを、約２００℃で１２０分
間加熱し、フェノール樹脂を硬化した。硬化後マンドレ
ルから脱型し、円筒の成形体を得た。
【００２６】つぎに、この成形体の両端部に、図１に示
したのと同じように、縦断面が台形で底辺の直径が２０
５ｍｍ、頂辺の直径が１９８ｍｍ、厚さ５０ｍｍの黒鉛
製円板を板状体として、底辺を外側にして挿入した。こ
の成形体を焼成炉中、窒素雰囲気下、１０℃／ｈｒの昇
温速度で、１０００℃まで昇温し、そのまま約６０分間
保持して焼成した後、降温し、板状体を取り除いてＣ／
Ｃコンポジットを製造した。
したのと同じように、縦断面が台形で底辺の直径が２０
５ｍｍ、頂辺の直径が１９８ｍｍ、厚さ５０ｍｍの黒鉛
製円板を板状体として、底辺を外側にして挿入した。こ
の成形体を焼成炉中、窒素雰囲気下、１０℃／ｈｒの昇
温速度で、１０００℃まで昇温し、そのまま約６０分間
保持して焼成した後、降温し、板状体を取り除いてＣ／
Ｃコンポジットを製造した。
【００２７】製品を検査したところ、両端部内側の、円
板が接触した端から約２０ｍｍ以内の部分には、一部に
炭素繊維の切断がみられたものの、それ以外の部分には
異常や変形はまったく認められず、その約２０ｍｍの部
分を切断、除去するだけで、炭素繊維の切断や、変形の
ない筒状Ｃ／Ｃコンポジットが得られた。
板が接触した端から約２０ｍｍ以内の部分には、一部に
炭素繊維の切断がみられたものの、それ以外の部分には
異常や変形はまったく認められず、その約２０ｍｍの部
分を切断、除去するだけで、炭素繊維の切断や、変形の
ない筒状Ｃ／Ｃコンポジットが得られた。
【００２８】実施例 ２
実施例１と同様にして得た成形体に、直径約５ｍｍの黒
鉛粒子を充填した後、両端部に１０００℃のときに直径
が２００ｍｍになるように製作した厚さ５０ｍｍの黒鉛
製円板（熱膨張係数：４４×１０−７／℃）を板状体と
して挿入し、実施例１におけるのと同じ条件で焼成し、
Ｃ／Ｃコンポジットを製造した。
鉛粒子を充填した後、両端部に１０００℃のときに直径
が２００ｍｍになるように製作した厚さ５０ｍｍの黒鉛
製円板（熱膨張係数：４４×１０−７／℃）を板状体と
して挿入し、実施例１におけるのと同じ条件で焼成し、
Ｃ／Ｃコンポジットを製造した。
【００２９】焼成した製品を仔細に検査したが、いずれ
の部分にも炭素繊維の切断や、変形はみられず、非常に
精度のよい優れた製品であった。
の部分にも炭素繊維の切断や、変形はみられず、非常に
精度のよい優れた製品であった。
【００３０】比較例
本発明と比較するために、実施例１におけるのと同じ成
形体をそのまま焼成して、Ｃ／Ｃコンポジットを製造し
た。すなわち、焼成に際し、成形体の両端部に円板を挿
入せずに焼成した。
形体をそのまま焼成して、Ｃ／Ｃコンポジットを製造し
た。すなわち、焼成に際し、成形体の両端部に円板を挿
入せずに焼成した。
【００３１】得られたＣ／Ｃコンポジットは、真円度が
悪いうえに、一部に層間剥離が発見され、よい製品では
なかった。
悪いうえに、一部に層間剥離が発見され、よい製品では
なかった。
【００３２】
【発明の効果】本発明に係る筒状のＣ／Ｃコンポジット
製造方法を実施することによって、製品をマンドレルか
ら抜取ったり、切削して除去するといった難しい作業を
行うことなく、変形がほとんどなく、また、炭素繊維の
切断がほとんどない筒状のＣ／Ｃコンポジットを製造す
ることができる。この製造方法は、とくに大口径のＣ／
Ｃコンポジットの製造に効果があり、経済性にも優れて
いる。
製造方法を実施することによって、製品をマンドレルか
ら抜取ったり、切削して除去するといった難しい作業を
行うことなく、変形がほとんどなく、また、炭素繊維の
切断がほとんどない筒状のＣ／Ｃコンポジットを製造す
ることができる。この製造方法は、とくに大口径のＣ／
Ｃコンポジットの製造に効果があり、経済性にも優れて
いる。
【００３３】このような効果があるので、本発明によっ
て、航空、宇宙分野の機器の部品、各種のロール、ダイ
ス、ヒータや、熱交換器用の伝熱管、耐熱、耐蝕配管材
料、気液接触装置用充填材などに使用する筒状のＣ／Ｃ
コンポジットを製造すれば、精度がよく、品質の高い製
品が経済的に得られるのである。
て、航空、宇宙分野の機器の部品、各種のロール、ダイ
ス、ヒータや、熱交換器用の伝熱管、耐熱、耐蝕配管材
料、気液接触装置用充填材などに使用する筒状のＣ／Ｃ
コンポジットを製造すれば、精度がよく、品質の高い製
品が経済的に得られるのである。
【図１】 本発明を実施するときの成形体の縦断面図
である。
である。
１：筒状の成形体
２：両端部に挿入した板状体
３：充填物
Claims (1)
- 【請求項１】炭素繊維と炭素化可能物質とを含む筒状成
形体を焼成し、炭素化可能物質を炭素化して炭素繊維強
化炭素複合体とするに際し、上記成形体の両端部に、焼
成中に外寸法が成形体の内寸法と同じになり、外周面が
成形体の内周面に当接する板状体を挿入して焼成するこ
とを特徴とする筒状炭素繊維強化炭素複合体の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3019961A JPH04260667A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 筒状炭素繊維強化炭素複合体製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3019961A JPH04260667A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 筒状炭素繊維強化炭素複合体製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04260667A true JPH04260667A (ja) | 1992-09-16 |
Family
ID=12013796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3019961A Pending JPH04260667A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 筒状炭素繊維強化炭素複合体製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04260667A (ja) |
-
1991
- 1991-02-13 JP JP3019961A patent/JPH04260667A/ja active Pending
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