JPH0456789B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0456789B2 JPH0456789B2 JP61260153A JP26015386A JPH0456789B2 JP H0456789 B2 JPH0456789 B2 JP H0456789B2 JP 61260153 A JP61260153 A JP 61260153A JP 26015386 A JP26015386 A JP 26015386A JP H0456789 B2 JPH0456789 B2 JP H0456789B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pitch
- carbon fiber
- carbon
- strength
- heat
- 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
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Working-Up Tar And Pitch (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Description
〈産業上の利用分野〉
この発明は、航空機や自動車用のデイスクブレ
ーキ材等の耐摩耗性材料、軸受等の摺動材料、ロ
ケツトノズルのようなアブレーシヨン材料、或い
はホツトプレス用モールドなどに使用して優れた
性能を発揮する炭素繊維／炭素複合材の製造方法
に関するものである。 〈従来技術とその問題点〉 軽量で高強度を示し、しかも耐摩耗性や潤滑性
に優れた炭素繊維／炭素複合材（以下「Ｃ／Ｃ複
合材」と略称する）は、今や宇宙航空機部材や自
動車部材、更には医療用材料等として欠かせない
存在となつているが、その製造には炭素繊維と熱
硬化性樹脂との複合材（CFRP）を炭化する手段
が一般的に採用されている。 しかし、熱硬化性樹脂を炭化するとその炭化収
率は約50％程度にしかならず、そのため“ただ単
に炭素繊維と熱硬化性樹脂との複合材を炭化す
る”だけでは炭化後のマトリツクスが気孔やクラ
ツクの多いＣ／Ｃ複合材となつて所望強度が確保
できないので、上記方法に従つてＣ／Ｃ複合材を
製造する場合には「ピツチ含浸−再炭化」を繰り
返す等の緻密化処理が必要とされていた。このよ
うなことから、上記従来のＣ／Ｃ複合材の製造方
法には製造工程が極めて複雑であるが故に生産能
率が悪く、従つて製品価格も非常に高価なものと
なつてしまうとの問題点が指摘されており、工業
的に決して好ましい手段とは言えなかつた。 一方、このような情勢の中から、最近、Ｃ／Ｃ
複合材の製造に関して『ピツチとコークス粉をマ
トリツクス材とし、これに炭素繊維を混入したも
のを500℃程度のセミ炭化温度で加圧・加熱成形
する』と言う手段を取り入れた新しい方法の可能
性を検討した結果も報告されている（「鉄と鋼」
No.５，VOL.72，MAR.1986，第306頁）。そして、
ピツチ成分の加圧・加熱成形後の炭化収率は90％
程度と高いことから、上記方法によつて気孔やク
ラツクの少ないマトリツクスを得られることが予
想され、別段の緻密化処理を行わなくても比較的
良好な強度のＣ／Ｃ複合材が製造されるものと期
待された。 ところが、この新しい報告になる方法によつて
得られるＣ／Ｃ複合材も現状で達成できる強度は
高々800Kg／cm2でしかなく、市販されている高性
能Ｃ／Ｃ複合材の1000〜2000Kg／cm2には未だ及ば
ないのが実情であつた。 〈問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、曲げ、
引張り、圧縮及び剪断等の強度や、耐摩耗性を始
めとするその他の物性に優れた高密度Ｃ／Ｃ複合
材を工業的規模で安定生産し得る方法を提供すべ
く、特に、炭化収率の低い熱硬化製樹脂を使用し
ないことから工夫によつては十分に満足できる高
密度・高強度Ｃ／Ｃ複合材を得る余地が残されて
いるのではないかとの期待が頭をもたげがちな前
記「“鉄と鋼”に報告されたＣ／Ｃ複合材の製造
方法」に着目し、まず、この方法で製造される
Ｃ／Ｃ複合材が期待される程に高い強度を示さな
い原因の解明を目指して研究を行つた結果、以下
(a)〜(f)に示す如き知見を得るに至つたのである。
即ち、 (a) ピツチと、コークス粉等の骨材と、炭素繊維
とを混合した成形素材を加圧下で加熱して行く
とピツチは溶融状態となるが、このとき成形体
は成形圧のために炭素繊維とコークス粉が接触
するまで圧密されるので、余剰のピツチは系外
に流出してピツチの過不足が無い状態となる。
ところが、上記成形素材の加圧・加熱成形が完
了するには更なる高温に加熱する必要がある。 しかし、一般にこのような高温域が加熱する
とピツチは分解してガスを発生するが、この発
生ガスのガス圧により量的均衡を保つていたピ
ツチは更に系外に押し出され、この流出したピ
ツチの体積分だけ成形体中に気孔が発生して、
Ｃ／Ｃ複合材製品の強度低下の原因となるこ
と。 (b) そして、この分解ガスの発生量はピツチの揮
発分が高いほど多くなるから、揮発分の高いピ
ツチを使用した場合ほど成形体は多孔質とな
り、それに応じて得られるＣ／Ｃ複合材の強度
が低下すること。 (c) しかるに、前記４「“鉄と鋼”に報告された
Ｃ／Ｃ複合材の製造方法」では、同一報告者の
技術論文たる「“バルクメソフエーズをバイン
ダーとする炭素材料の試作”（“炭素”1985，No.
123、第150〜159頁）」に「揮発分が30％以上の
ピツチが良好である」旨記載されていることか
らも明らかな如く、高い含有量で揮発分を含む
ピツチの使用が前提とされているため、これが
所期の強度を備えたＣ／Ｃ複合材を得る上で大
きな障害となつているものと考えられること。 (d) しからば、低揮発分のピツチを使用すれば
Ｃ／Ｃ強度は改善される筈である。それにもか
かわらず、前記逐次刊行物「炭素」に掲載され
た技術論文には「ピツチ中の揮発分含有量が低
いと強度は逆に低下する」との結果が示されて
いるが、ここで使用されているピツチは80％以
上の割合でキノリン不溶分を含むものであり、
この組成のピツチは溶融性（軟化性）が悪いた
め炭素繊維やコークス粉との接着性が良くな
く、そのため十分な製品強度が達成出来なかつ
たものと推測されること。 (e) このようなことから、炭素繊維と、コークス
粉等の骨材と、ピツチとからなる組成物を成形
素材としてＣ／Ｃ複合材を製造するに当つて、
低い揮発分含有割合でしかも溶融性の良好なピ
ツチを使用すれば、複雑な工程を必要とするこ
となく十分に満足できる強度を備えた緻密な
Ｃ／Ｃ複合材の安定製造が可能になると結論さ
れること。 (f) 上述のような低い揮発分で溶融性に優れたピ
ツチは、タール又はピツチを減圧下で、或いは
水又はガス（N2ガス等）を吹き込みながら熱
処理する等の手段により容易に得られること。 この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
であり、 炭素繊維、微粉状炭素質骨材、並びに揮発分が
28％以下でかつ軟化点が400℃以下のバインダー
ピツチからなる成形素材を加圧・加熱成形し、次
いで炭化ないし黒鉛化することにより、面倒な処
理・操作を要することなく、高密度で、強度や耐
摩耗性等の優れた炭素繊維強化炭素材を安定し量
産し得るようにした点、 に特徴を有するものである。 なお、使用される炭素繊維は高性能グレード又
は汎用グレードの何れでも良く、構造材等の用途
には高性能グレード品を、そして耐摩耗性材料や
摺動材料等の用途には汎用グレード品をと言つた
ような使い分けをするのが適当である。また、炭
素繊維の形態としては、織物、プリプレグ状の一
方向繊維、短繊維状のチヨツプ等何れを採用して
も良い。 炭素質骨材は、成形材の炭化時にマトリツクス
の収縮を抑制してマトリツクスの亀裂発生を低減
する役割を担つたものであり、Ｃ／Ｃ複合材の製
造に従来から使用されている炭素粉、カーボンブ
ラツク、黒鉛等の何れをも採用することができ
る。また、その粒径は格別に限定されるものでは
ないが、粒径が20μを越えると複合体の炭化処理
後に骨材とピツチのマトリツクス中にクラツクが
発生し易くなることから、好ましくはユーマイザ
ー等で微粉砕した20μ以下の粒径のもの（例えば
５〜15μの粒径のものが主体をなすもの）を使用
するのが良い。そして、その配合量は、全マトリ
ツクスに対して少なくとも20重量％以上とするの
が好ましい。 ところで、この発明で使用するバインダーピツ
チとしては、前記の如く揮発分が28％以下（好ま
しくは10〜28％）でしかも軟化点が400℃以下の
ものを選ばなければならない。なぜなら、揮発分
が28％を上回ると、前述したように加圧・加熱成
形中に発生する分解ガス量が多くなつてマトリツ
クスの多孔質化を招き、製品の強度特性等に所望
の性能が得られなくなるからであり、一方、軟化
点が400℃を越えるものでは加圧・加熱成形時に
十分な流動性を示さないので炭素繊維や炭素質骨
材に対する接着力が悪く、やはり十分に優れた性
能のＣ／Ｃ複合材を得ることができないからであ
る。 ここで、バインダーピツチの揮発分量は
JIS8812に準じて測定した値であり、この値は炭
化時に揮発する成分量を示したものである。ま
た、軟化点は高化式フローテスターで測定するも
のであり、その測定方法は次の通りである。即
ち、微粉状ピツチを断面積が１cm2で下部１mmφの
ノズルを有するシリンダーに詰め、上部からプラ
ンジヤーにより10Kg／cm2の圧力で加圧しつつ６
℃／hrで昇温し、プランジヤーの変位を測定する
方法である。そして、ここで言う軟化点とは「ピ
ツチが軟化変形することによりプランジヤーが動
き始めた後、その動きが停止する温度」と定義で
きる。なお、軟化点の物理的意味は「軟化変形し
たピツチが初期に存在した空隙を充填し終る温
度」と言うことができる。 このように、揮発分が30％以下でも良好な溶融
性を示すピツチは、例えばタール又はピツチを
100Torr以下の減圧下で380〜550℃程度の温度に
加熱し適当時間保持する熱処理によつて容易に得
ることができる。つまり、タール又はピツチを熱
処理するに際して雰囲気を減圧すると、低分子量
成分が円滑に除去されて原料組成の均質化が増
し、ピツチの揮発分が同じ値となるように熱処理
した場合には大気圧下で熱処理するよりも遥かに
良好な溶融性を示すようになる。そして、この際
の減圧度合は100Torr以下とすることが必要で、
これ以上の圧力ではピツチの溶融性改善の効果が
小さいので適当でない。また、熱処理温度が380
℃未満ではピツチの熱分解反応による揮発分低下
が遅くて好ましくなく、一方、550℃を越える熱
処理温度では熱分解反応速度が過大となつて制御
が困難となるので、上記手段によつてバインダー
ピツチを調整する場合には熱処理温度では380〜
550℃に設定するのが良い。 また、上記の如く単に減圧下で熱処理する方法
の他に、大気圧下或いは減圧下において水蒸気や
ガス（N2ガス等）を吹き込みつつ熱処理する方
法を採用しても、低揮発分で良好な溶融性を示す
ピツチを得ることができる。 さて、この発明の方法で使用する成形素材の混
合・分散調整は以下のようにして実施すれば良
い。 即ち、炭素繊維として織物や一方向繊維の形態
のものを使用する場合には、炭素質骨材粉とバイ
ンダーピツチを分散させた溶液中に炭素繊維を浸
漬する手段が好ましい。この場合、分散液には、
これら固体粉及び炭素繊維の何れとも濡れ性の良
い、例えばアセトン、エタノール、メタノール、
〔水＋界面活性材〕の溶液、或いはこれらと樹脂
の混合液等が使用出来る。このような手段を採用
することにより、固体成分が炭素繊維に良くなじ
んで均一な厚みで付着し、高炭素繊維含有率の成
形体を製造することが可能となる。そして、上述
のようにしてマトリツクス材を付着させた炭素繊
維は、積層の後、加圧・加熱成形される。 また、炭素繊維としてチヨツプ状の短繊維を使
用する場合には、繊維とマトリツクス粉を配合し
た後Ｖ型ブレンダー等の混合機で乾式混合すると
言う一般的な混合法を採用することにより、十分
良好な結果が得られる。 上記のように積層又は混合された成形素材は、
次いで、そのまま或いは予備成形の後加圧・加熱
成形されるが、出来れば加圧・加熱成形手段には
以下に示す二段工程から成る方法を採用するのが
望ましい。即ち、まず無加圧又は低加圧（20Kg／
cm2程度以下）下で昇温速度：１〜50℃／minにて
ピツチが軟化流動する温度以上まで昇温し、この
温度域に達したならば加圧力を40Kg／cm2程度以上
とし、更に昇温速度：１〜20℃℃／minにてピツ
チが熱分解反応を活発に起こす温度域である450
〜600℃程度にまで昇温し、ピツチが十分固化す
るまで加圧・保持する方法である。 そして、このようにして得られた加圧・加熱成
形体は、次に、不活性ガス雰囲気中で昇温速度：
１〜100℃／hrにて加熱され炭化乃至は黒鉛化さ
れる。 上述したようなこの発明の方法によると、格別
な緻密化処理を行わなくても1.5〜1.7ｇ／cm3と言
う高い見掛け密度を有し、従来のＣ／Ｃ複合材に
比して一段と高い強度（汎用グレードの炭素繊維
を使用した場合は1000Kg／cm2程度、また高性能グ
レードの炭素繊維を使用した場合で2000Kg／cm2程
度）を有するＣ／Ｃ複合材を安定して製造するこ
とが可能であるが、以下、実施例によりこの発明
を具体的に説明する。 〈実施例〉 実施例 １ 内容積が５のガラス製セパラブルフラスコに
４Kgのコールタールを仕込み、第１表に示す条件
で熱処理して揮発分ランクの異なるバインダーピ
ツチを調整した。 一方、石油コークスを1000℃の温度で加熱して
炭化した後、ユーマイザーで微粉砕して平均粒
径：11μのコークス粉を調整した。 次いで、上述の揮発分の異なるバインダーピツ
チの各々について、100メツシユ以下に粉砕した
それの70部とコークス粉30部とを170部のエタノ
ール中に分散し、この分散液中に、アセトンで洗
浄後乾燥して9.5cm×9.5cmに裁断したPAN系炭素
繊維織物（高強度糸とフイラメント数：1000本、
平織）を浸漬して上記コークス粉とバインダーピ
ツチとを付着させた。 次に、このようにしてマトリツクス材を付着さ
せ、その後乾燥した上記織物を30枚積層し、これ
を内寸が10cm角の金型に装入して昇温速度：
ーキ材等の耐摩耗性材料、軸受等の摺動材料、ロ
ケツトノズルのようなアブレーシヨン材料、或い
はホツトプレス用モールドなどに使用して優れた
性能を発揮する炭素繊維／炭素複合材の製造方法
に関するものである。 〈従来技術とその問題点〉 軽量で高強度を示し、しかも耐摩耗性や潤滑性
に優れた炭素繊維／炭素複合材（以下「Ｃ／Ｃ複
合材」と略称する）は、今や宇宙航空機部材や自
動車部材、更には医療用材料等として欠かせない
存在となつているが、その製造には炭素繊維と熱
硬化性樹脂との複合材（CFRP）を炭化する手段
が一般的に採用されている。 しかし、熱硬化性樹脂を炭化するとその炭化収
率は約50％程度にしかならず、そのため“ただ単
に炭素繊維と熱硬化性樹脂との複合材を炭化す
る”だけでは炭化後のマトリツクスが気孔やクラ
ツクの多いＣ／Ｃ複合材となつて所望強度が確保
できないので、上記方法に従つてＣ／Ｃ複合材を
製造する場合には「ピツチ含浸−再炭化」を繰り
返す等の緻密化処理が必要とされていた。このよ
うなことから、上記従来のＣ／Ｃ複合材の製造方
法には製造工程が極めて複雑であるが故に生産能
率が悪く、従つて製品価格も非常に高価なものと
なつてしまうとの問題点が指摘されており、工業
的に決して好ましい手段とは言えなかつた。 一方、このような情勢の中から、最近、Ｃ／Ｃ
複合材の製造に関して『ピツチとコークス粉をマ
トリツクス材とし、これに炭素繊維を混入したも
のを500℃程度のセミ炭化温度で加圧・加熱成形
する』と言う手段を取り入れた新しい方法の可能
性を検討した結果も報告されている（「鉄と鋼」
No.５，VOL.72，MAR.1986，第306頁）。そして、
ピツチ成分の加圧・加熱成形後の炭化収率は90％
程度と高いことから、上記方法によつて気孔やク
ラツクの少ないマトリツクスを得られることが予
想され、別段の緻密化処理を行わなくても比較的
良好な強度のＣ／Ｃ複合材が製造されるものと期
待された。 ところが、この新しい報告になる方法によつて
得られるＣ／Ｃ複合材も現状で達成できる強度は
高々800Kg／cm2でしかなく、市販されている高性
能Ｃ／Ｃ複合材の1000〜2000Kg／cm2には未だ及ば
ないのが実情であつた。 〈問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、曲げ、
引張り、圧縮及び剪断等の強度や、耐摩耗性を始
めとするその他の物性に優れた高密度Ｃ／Ｃ複合
材を工業的規模で安定生産し得る方法を提供すべ
く、特に、炭化収率の低い熱硬化製樹脂を使用し
ないことから工夫によつては十分に満足できる高
密度・高強度Ｃ／Ｃ複合材を得る余地が残されて
いるのではないかとの期待が頭をもたげがちな前
記「“鉄と鋼”に報告されたＣ／Ｃ複合材の製造
方法」に着目し、まず、この方法で製造される
Ｃ／Ｃ複合材が期待される程に高い強度を示さな
い原因の解明を目指して研究を行つた結果、以下
(a)〜(f)に示す如き知見を得るに至つたのである。
即ち、 (a) ピツチと、コークス粉等の骨材と、炭素繊維
とを混合した成形素材を加圧下で加熱して行く
とピツチは溶融状態となるが、このとき成形体
は成形圧のために炭素繊維とコークス粉が接触
するまで圧密されるので、余剰のピツチは系外
に流出してピツチの過不足が無い状態となる。
ところが、上記成形素材の加圧・加熱成形が完
了するには更なる高温に加熱する必要がある。 しかし、一般にこのような高温域が加熱する
とピツチは分解してガスを発生するが、この発
生ガスのガス圧により量的均衡を保つていたピ
ツチは更に系外に押し出され、この流出したピ
ツチの体積分だけ成形体中に気孔が発生して、
Ｃ／Ｃ複合材製品の強度低下の原因となるこ
と。 (b) そして、この分解ガスの発生量はピツチの揮
発分が高いほど多くなるから、揮発分の高いピ
ツチを使用した場合ほど成形体は多孔質とな
り、それに応じて得られるＣ／Ｃ複合材の強度
が低下すること。 (c) しかるに、前記４「“鉄と鋼”に報告された
Ｃ／Ｃ複合材の製造方法」では、同一報告者の
技術論文たる「“バルクメソフエーズをバイン
ダーとする炭素材料の試作”（“炭素”1985，No.
123、第150〜159頁）」に「揮発分が30％以上の
ピツチが良好である」旨記載されていることか
らも明らかな如く、高い含有量で揮発分を含む
ピツチの使用が前提とされているため、これが
所期の強度を備えたＣ／Ｃ複合材を得る上で大
きな障害となつているものと考えられること。 (d) しからば、低揮発分のピツチを使用すれば
Ｃ／Ｃ強度は改善される筈である。それにもか
かわらず、前記逐次刊行物「炭素」に掲載され
た技術論文には「ピツチ中の揮発分含有量が低
いと強度は逆に低下する」との結果が示されて
いるが、ここで使用されているピツチは80％以
上の割合でキノリン不溶分を含むものであり、
この組成のピツチは溶融性（軟化性）が悪いた
め炭素繊維やコークス粉との接着性が良くな
く、そのため十分な製品強度が達成出来なかつ
たものと推測されること。 (e) このようなことから、炭素繊維と、コークス
粉等の骨材と、ピツチとからなる組成物を成形
素材としてＣ／Ｃ複合材を製造するに当つて、
低い揮発分含有割合でしかも溶融性の良好なピ
ツチを使用すれば、複雑な工程を必要とするこ
となく十分に満足できる強度を備えた緻密な
Ｃ／Ｃ複合材の安定製造が可能になると結論さ
れること。 (f) 上述のような低い揮発分で溶融性に優れたピ
ツチは、タール又はピツチを減圧下で、或いは
水又はガス（N2ガス等）を吹き込みながら熱
処理する等の手段により容易に得られること。 この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
であり、 炭素繊維、微粉状炭素質骨材、並びに揮発分が
28％以下でかつ軟化点が400℃以下のバインダー
ピツチからなる成形素材を加圧・加熱成形し、次
いで炭化ないし黒鉛化することにより、面倒な処
理・操作を要することなく、高密度で、強度や耐
摩耗性等の優れた炭素繊維強化炭素材を安定し量
産し得るようにした点、 に特徴を有するものである。 なお、使用される炭素繊維は高性能グレード又
は汎用グレードの何れでも良く、構造材等の用途
には高性能グレード品を、そして耐摩耗性材料や
摺動材料等の用途には汎用グレード品をと言つた
ような使い分けをするのが適当である。また、炭
素繊維の形態としては、織物、プリプレグ状の一
方向繊維、短繊維状のチヨツプ等何れを採用して
も良い。 炭素質骨材は、成形材の炭化時にマトリツクス
の収縮を抑制してマトリツクスの亀裂発生を低減
する役割を担つたものであり、Ｃ／Ｃ複合材の製
造に従来から使用されている炭素粉、カーボンブ
ラツク、黒鉛等の何れをも採用することができ
る。また、その粒径は格別に限定されるものでは
ないが、粒径が20μを越えると複合体の炭化処理
後に骨材とピツチのマトリツクス中にクラツクが
発生し易くなることから、好ましくはユーマイザ
ー等で微粉砕した20μ以下の粒径のもの（例えば
５〜15μの粒径のものが主体をなすもの）を使用
するのが良い。そして、その配合量は、全マトリ
ツクスに対して少なくとも20重量％以上とするの
が好ましい。 ところで、この発明で使用するバインダーピツ
チとしては、前記の如く揮発分が28％以下（好ま
しくは10〜28％）でしかも軟化点が400℃以下の
ものを選ばなければならない。なぜなら、揮発分
が28％を上回ると、前述したように加圧・加熱成
形中に発生する分解ガス量が多くなつてマトリツ
クスの多孔質化を招き、製品の強度特性等に所望
の性能が得られなくなるからであり、一方、軟化
点が400℃を越えるものでは加圧・加熱成形時に
十分な流動性を示さないので炭素繊維や炭素質骨
材に対する接着力が悪く、やはり十分に優れた性
能のＣ／Ｃ複合材を得ることができないからであ
る。 ここで、バインダーピツチの揮発分量は
JIS8812に準じて測定した値であり、この値は炭
化時に揮発する成分量を示したものである。ま
た、軟化点は高化式フローテスターで測定するも
のであり、その測定方法は次の通りである。即
ち、微粉状ピツチを断面積が１cm2で下部１mmφの
ノズルを有するシリンダーに詰め、上部からプラ
ンジヤーにより10Kg／cm2の圧力で加圧しつつ６
℃／hrで昇温し、プランジヤーの変位を測定する
方法である。そして、ここで言う軟化点とは「ピ
ツチが軟化変形することによりプランジヤーが動
き始めた後、その動きが停止する温度」と定義で
きる。なお、軟化点の物理的意味は「軟化変形し
たピツチが初期に存在した空隙を充填し終る温
度」と言うことができる。 このように、揮発分が30％以下でも良好な溶融
性を示すピツチは、例えばタール又はピツチを
100Torr以下の減圧下で380〜550℃程度の温度に
加熱し適当時間保持する熱処理によつて容易に得
ることができる。つまり、タール又はピツチを熱
処理するに際して雰囲気を減圧すると、低分子量
成分が円滑に除去されて原料組成の均質化が増
し、ピツチの揮発分が同じ値となるように熱処理
した場合には大気圧下で熱処理するよりも遥かに
良好な溶融性を示すようになる。そして、この際
の減圧度合は100Torr以下とすることが必要で、
これ以上の圧力ではピツチの溶融性改善の効果が
小さいので適当でない。また、熱処理温度が380
℃未満ではピツチの熱分解反応による揮発分低下
が遅くて好ましくなく、一方、550℃を越える熱
処理温度では熱分解反応速度が過大となつて制御
が困難となるので、上記手段によつてバインダー
ピツチを調整する場合には熱処理温度では380〜
550℃に設定するのが良い。 また、上記の如く単に減圧下で熱処理する方法
の他に、大気圧下或いは減圧下において水蒸気や
ガス（N2ガス等）を吹き込みつつ熱処理する方
法を採用しても、低揮発分で良好な溶融性を示す
ピツチを得ることができる。 さて、この発明の方法で使用する成形素材の混
合・分散調整は以下のようにして実施すれば良
い。 即ち、炭素繊維として織物や一方向繊維の形態
のものを使用する場合には、炭素質骨材粉とバイ
ンダーピツチを分散させた溶液中に炭素繊維を浸
漬する手段が好ましい。この場合、分散液には、
これら固体粉及び炭素繊維の何れとも濡れ性の良
い、例えばアセトン、エタノール、メタノール、
〔水＋界面活性材〕の溶液、或いはこれらと樹脂
の混合液等が使用出来る。このような手段を採用
することにより、固体成分が炭素繊維に良くなじ
んで均一な厚みで付着し、高炭素繊維含有率の成
形体を製造することが可能となる。そして、上述
のようにしてマトリツクス材を付着させた炭素繊
維は、積層の後、加圧・加熱成形される。 また、炭素繊維としてチヨツプ状の短繊維を使
用する場合には、繊維とマトリツクス粉を配合し
た後Ｖ型ブレンダー等の混合機で乾式混合すると
言う一般的な混合法を採用することにより、十分
良好な結果が得られる。 上記のように積層又は混合された成形素材は、
次いで、そのまま或いは予備成形の後加圧・加熱
成形されるが、出来れば加圧・加熱成形手段には
以下に示す二段工程から成る方法を採用するのが
望ましい。即ち、まず無加圧又は低加圧（20Kg／
cm2程度以下）下で昇温速度：１〜50℃／minにて
ピツチが軟化流動する温度以上まで昇温し、この
温度域に達したならば加圧力を40Kg／cm2程度以上
とし、更に昇温速度：１〜20℃℃／minにてピツ
チが熱分解反応を活発に起こす温度域である450
〜600℃程度にまで昇温し、ピツチが十分固化す
るまで加圧・保持する方法である。 そして、このようにして得られた加圧・加熱成
形体は、次に、不活性ガス雰囲気中で昇温速度：
１〜100℃／hrにて加熱され炭化乃至は黒鉛化さ
れる。 上述したようなこの発明の方法によると、格別
な緻密化処理を行わなくても1.5〜1.7ｇ／cm3と言
う高い見掛け密度を有し、従来のＣ／Ｃ複合材に
比して一段と高い強度（汎用グレードの炭素繊維
を使用した場合は1000Kg／cm2程度、また高性能グ
レードの炭素繊維を使用した場合で2000Kg／cm2程
度）を有するＣ／Ｃ複合材を安定して製造するこ
とが可能であるが、以下、実施例によりこの発明
を具体的に説明する。 〈実施例〉 実施例 １ 内容積が５のガラス製セパラブルフラスコに
４Kgのコールタールを仕込み、第１表に示す条件
で熱処理して揮発分ランクの異なるバインダーピ
ツチを調整した。 一方、石油コークスを1000℃の温度で加熱して
炭化した後、ユーマイザーで微粉砕して平均粒
径：11μのコークス粉を調整した。 次いで、上述の揮発分の異なるバインダーピツ
チの各々について、100メツシユ以下に粉砕した
それの70部とコークス粉30部とを170部のエタノ
ール中に分散し、この分散液中に、アセトンで洗
浄後乾燥して9.5cm×9.5cmに裁断したPAN系炭素
繊維織物（高強度糸とフイラメント数：1000本、
平織）を浸漬して上記コークス粉とバインダーピ
ツチとを付着させた。 次に、このようにしてマトリツクス材を付着さ
せ、その後乾燥した上記織物を30枚積層し、これ
を内寸が10cm角の金型に装入して昇温速度：
【表】
【表】
【表】
５℃／minにて520℃まで昇温した。そして、こ
の温度で30分保持した後冷却し、上記寸法の成形
体を得た。 続いて、これら成形体を粉コークス中に詰め
N2雰囲気中で昇温速度：15℃／minにて1000℃
まで昇温して炭化し、Ｃ／Ｃ複合材とした。 このようにして得られたＣ／Ｃ複合材の見掛け
密度と曲げ強度の測定結果を第１表に併せて示
す。 第１表に示される結果からも明らかな如く、本
発明の条件通りに製造されたＣ／Ｃ複合材は高密
度を有しており、曲げ強度で1500Kg／cm2以上の高
強度を備えていることが分かる。 実施例 ２ 実施例１におけると同様のバインダーピツチと
コークス粉とを準備し、繊維長：0.7mmの汎用グ
レード炭素繊維（糸強度：70Kg／cm2、糸径：
18μ）と配合比（重量比） バインダーピツチ：コークス粉：炭素繊維 ＝25部：25部：50部 の割合で配合して十分混合した後、この混合物の
100ｇを実施例１におけると同様の金型に装入し
て実施例１と同じ成形条件で成形し、ついで実施
例１と同じ炭化条件で炭化処理した。 このようにして得られたＣ／Ｃ複合材の見掛け
密度と曲げ強度との測定結果を第２表に示す。 第２表に示される結果からも明らかなように、
本発明の条件通りに製造されたＣ／Ｃ複合材は高
密度を有しており、汎用グレードのチヨツプ状炭
素繊維を用いたとしても高い強度を示すことが分
かる。 実施例 ３ 内容積が５のガラス製セパラブルフラスコに
２Kgのコールタールを仕込み、450℃の熱処理温
度でかつ第３表に示す各圧力下で、得られるピツ
チ中の揮発分が〔20±0.5〕％となるまで熱処理
してバインダーピツチを調整した。 このようにして得られたバインダーピツチと、
実施例１におけると同様のコークス粉及び炭素繊
維とを用い、やはり実施例１と同様条件でＣ／Ｃ
複合材を製造した。
の温度で30分保持した後冷却し、上記寸法の成形
体を得た。 続いて、これら成形体を粉コークス中に詰め
N2雰囲気中で昇温速度：15℃／minにて1000℃
まで昇温して炭化し、Ｃ／Ｃ複合材とした。 このようにして得られたＣ／Ｃ複合材の見掛け
密度と曲げ強度の測定結果を第１表に併せて示
す。 第１表に示される結果からも明らかな如く、本
発明の条件通りに製造されたＣ／Ｃ複合材は高密
度を有しており、曲げ強度で1500Kg／cm2以上の高
強度を備えていることが分かる。 実施例 ２ 実施例１におけると同様のバインダーピツチと
コークス粉とを準備し、繊維長：0.7mmの汎用グ
レード炭素繊維（糸強度：70Kg／cm2、糸径：
18μ）と配合比（重量比） バインダーピツチ：コークス粉：炭素繊維 ＝25部：25部：50部 の割合で配合して十分混合した後、この混合物の
100ｇを実施例１におけると同様の金型に装入し
て実施例１と同じ成形条件で成形し、ついで実施
例１と同じ炭化条件で炭化処理した。 このようにして得られたＣ／Ｃ複合材の見掛け
密度と曲げ強度との測定結果を第２表に示す。 第２表に示される結果からも明らかなように、
本発明の条件通りに製造されたＣ／Ｃ複合材は高
密度を有しており、汎用グレードのチヨツプ状炭
素繊維を用いたとしても高い強度を示すことが分
かる。 実施例 ３ 内容積が５のガラス製セパラブルフラスコに
２Kgのコールタールを仕込み、450℃の熱処理温
度でかつ第３表に示す各圧力下で、得られるピツ
チ中の揮発分が〔20±0.5〕％となるまで熱処理
してバインダーピツチを調整した。 このようにして得られたバインダーピツチと、
実施例１におけると同様のコークス粉及び炭素繊
維とを用い、やはり実施例１と同様条件でＣ／Ｃ
複合材を製造した。
【表】
このようにして製造されたＣ／Ｃ複合材の見掛
け密度と曲げ強度との測定結果を第３表に併せて
示すが、これらの結果からも、本発明の条件通り
に製造されたＣ／Ｃ複合材は高密度を有していて
高い強度を示すことが分かる。 実施例 ４ 内容積が５のガラス製セパラブルフラスコに
４Kgのストレートアスフアルトを仕込み、昇温速
度：５℃／minで440℃まで昇温した後、該アス
フアルト液中に内径：３mmφのステンレス鋼チユ
ーブを通して500℃に予熱した水蒸気を毎分５ｇ
ずつ吹き込みながら２時間熱処理したところ、揮
発分が22％、軟化点が330℃のピツチが得られ、
処理時の収率は24％であつた。 次に、上記ピツチを60メツシユ以下に微粉砕し
て得たバインダーピツチ25部と実施例１における
と同様のコークス粉35部と、実施例２におけると
同じ繊維長：：0.7mmの汎用グレード炭素繊維
（糸強度：70Kg／cm2、糸径：18μ）40部とを混合
した後、実施例２の場合と同様条件で加熱・加圧
成形し、炭化処理した。 このようにして製造されたＣ／Ｃ複合材の見掛
け密度と曲げ強度とを測定したところ、見掛け密
度が1.53ｇ／cm2で曲げ強度が1020Kg／cm2であるこ
とが確認された。 〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、高密
度を有し、強度その他の諸特性に一段と優れた炭
素繊維強化炭素材を工業的規模で安定して生産す
ることが可能となり、炭素繊維強化炭素材の適用
分野の更なる拡大が期待できるなど、産業上極め
て有用な効果をもたらされるのである。
け密度と曲げ強度との測定結果を第３表に併せて
示すが、これらの結果からも、本発明の条件通り
に製造されたＣ／Ｃ複合材は高密度を有していて
高い強度を示すことが分かる。 実施例 ４ 内容積が５のガラス製セパラブルフラスコに
４Kgのストレートアスフアルトを仕込み、昇温速
度：５℃／minで440℃まで昇温した後、該アス
フアルト液中に内径：３mmφのステンレス鋼チユ
ーブを通して500℃に予熱した水蒸気を毎分５ｇ
ずつ吹き込みながら２時間熱処理したところ、揮
発分が22％、軟化点が330℃のピツチが得られ、
処理時の収率は24％であつた。 次に、上記ピツチを60メツシユ以下に微粉砕し
て得たバインダーピツチ25部と実施例１における
と同様のコークス粉35部と、実施例２におけると
同じ繊維長：：0.7mmの汎用グレード炭素繊維
（糸強度：70Kg／cm2、糸径：18μ）40部とを混合
した後、実施例２の場合と同様条件で加熱・加圧
成形し、炭化処理した。 このようにして製造されたＣ／Ｃ複合材の見掛
け密度と曲げ強度とを測定したところ、見掛け密
度が1.53ｇ／cm2で曲げ強度が1020Kg／cm2であるこ
とが確認された。 〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、高密
度を有し、強度その他の諸特性に一段と優れた炭
素繊維強化炭素材を工業的規模で安定して生産す
ることが可能となり、炭素繊維強化炭素材の適用
分野の更なる拡大が期待できるなど、産業上極め
て有用な効果をもたらされるのである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭素繊維、微粉状炭素質骨材、並びに揮発分
が28％以下でかつ軟化点が400℃以下のバインダ
ーピツチからなる成形素材を加圧・加熱成形し、
次いで炭化ないし黒鉛化することを特徴とする、
炭素繊維強化炭素材の製造方法。 ２ 使用するバインダーピツチが、タール或いは
ピツチを100Torr以下の減圧下で熱処理して得ら
れたものである、特許請求の範囲第１項に記載の
炭素繊維強化炭素材の製造方法。 ３ 使用するバインダーピツチが、タール或いは
ピツチを大気圧下或いは減圧下で水又はガスを吹
き込みながら熱処理して得られたものである、特
許請求の範囲第１項に記載の炭素繊維強化炭素材
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61260153A JPS63112463A (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 炭素繊維／炭素複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61260153A JPS63112463A (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 炭素繊維／炭素複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63112463A JPS63112463A (ja) | 1988-05-17 |
| JPH0456789B2 true JPH0456789B2 (ja) | 1992-09-09 |
Family
ID=17344047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61260153A Granted JPS63112463A (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 炭素繊維／炭素複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63112463A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005179669A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Sgl Carbon Ag | 炭素繊維強化コークス |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6699427B2 (en) | 2002-07-26 | 2004-03-02 | Ucar Carbon Company Inc. | Manufacture of carbon/carbon composites by hot pressing |
| EP1593661A1 (en) * | 2004-04-26 | 2005-11-09 | UCAR Carbon Company Inc. | Carbon fiber binder pitch |
| JP5046276B2 (ja) * | 2007-03-14 | 2012-10-10 | 東レ株式会社 | コンクリートもしくはモルタル構造物およびコンクリートもしくはモルタル構造物の製造方法 |
-
1986
- 1986-10-31 JP JP61260153A patent/JPS63112463A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005179669A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Sgl Carbon Ag | 炭素繊維強化コークス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63112463A (ja) | 1988-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5205888A (en) | Process for producing carbon fiber reinforced carbon materials | |
| DE68916086T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundstoffen. | |
| US5705106A (en) | Heat-insulating structural carbon material and process for producing heat-insulating structural carbon material | |
| EP1089952B1 (de) | Verfahren zur herstellung von formkörpern auf der basis von kohlenstoff, carbiden und/oder carbonitriden | |
| US4671907A (en) | Method of manufacturing carbon materials | |
| US5631086A (en) | Thermoplastic compositions comprising filled, B-staged pitch | |
| US3708451A (en) | Method and composition for preparing graphite products | |
| JPH0456789B2 (ja) | ||
| JPH06183835A (ja) | 短繊維強化ｃ／ｃコンポジット用プリフォーム体の製造方法および該方法で製造されたプリフォーム体 | |
| JPH04321559A (ja) | 炭素材料用組成物および炭素複合材料とその製法 | |
| DE68919060T2 (de) | Herstellung feuerfester Materialien. | |
| KR970008693B1 (ko) | 고밀도 탄소섬유강화 탄소복합재의 제조방법 | |
| US3107153A (en) | Method of fabricating carbon and graphite structures | |
| JPH0456788B2 (ja) | ||
| JP3314383B2 (ja) | 炭素繊維／炭素複合材料の製造方法 | |
| JPH01145375A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 | |
| JPH07215775A (ja) | 炭素−炭素複合材の製造方法 | |
| JPH0825815B2 (ja) | 炭素―炭素複合材の製造方法 | |
| JPH03247563A (ja) | 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 | |
| JP2003055057A (ja) | 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 | |
| JPH0561225B2 (ja) | ||
| KR970010355B1 (ko) | 탄소섬유강화 탄소복합재의 제조방법 | |
| JPS6153104A (ja) | 高強度炭素材料の製造方法 | |
| JPH03197360A (ja) | 炭素繊維強化炭素材の製造法 | |
| JP2697482B2 (ja) | ピッチ系素材の製造方法及びそれを原料とした炭素材の製造方法 |