JPH053428B2 - - Google Patents
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- JPH053428B2 JPH053428B2 JP60104189A JP10418985A JPH053428B2 JP H053428 B2 JPH053428 B2 JP H053428B2 JP 60104189 A JP60104189 A JP 60104189A JP 10418985 A JP10418985 A JP 10418985A JP H053428 B2 JPH053428 B2 JP H053428B2
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- carbon
- carbon fiber
- fibers
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- 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
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F11/00—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
- D01F11/10—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
- D01F11/16—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon by physicochemical methods
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- Ceramic Products (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は高性能の炭素繊維強化炭素複合材料の
製造方法に関する。
製造方法に関する。
従来の技術及び発明が解決しようとする問題点
極めて高い比強度と比弾性率を有する炭素繊維と
耐熱性に優れた炭素材料とを組合わせた炭素繊維
強化複合材料（以下CFRCと記載する）は、すぐ
れた耐熱性比強度、比弾性率を有し、従来材では
使用出来なかつた耐熱部材に用いられている。
極めて高い比強度と比弾性率を有する炭素繊維と
耐熱性に優れた炭素材料とを組合わせた炭素繊維
強化複合材料（以下CFRCと記載する）は、すぐ
れた耐熱性比強度、比弾性率を有し、従来材では
使用出来なかつた耐熱部材に用いられている。
しかし実用化されてちるCFRCは炭素繊維で補
強されているにもかかわらず、従来の炭素材の比
強度、比弾性率をわずかに向上させた程度にとど
まつている。
強されているにもかかわらず、従来の炭素材の比
強度、比弾性率をわずかに向上させた程度にとど
まつている。
一般に繊維強化型複合材において繊維が母材中
に均一に分散することが、繊維の補強効果を発揮
さす為に重要であると考えられ、繊維の周囲を母
材が一様に覆つている事が望ましい。この分散と
いう点から、現在実用化されているCFRCの組織
をみると母材中の繊維の分散には、繊維の偏在が
認められ繊維の補強効果を発揮していない。この
繊維と母材の分散はCFRC製造工程の繊維基材中
に母材となる物質を含浸させる工程で、その大部
分が決定される。この工程には主として気相法と
液相法があり、気相法はメタン等の有機ガスを熱
分解により直接炭素を繊維上に沈着させる方法
で、沈着させる炭素の量を制御する事が比較的簡
単である。
に均一に分散することが、繊維の補強効果を発揮
さす為に重要であると考えられ、繊維の周囲を母
材が一様に覆つている事が望ましい。この分散と
いう点から、現在実用化されているCFRCの組織
をみると母材中の繊維の分散には、繊維の偏在が
認められ繊維の補強効果を発揮していない。この
繊維と母材の分散はCFRC製造工程の繊維基材中
に母材となる物質を含浸させる工程で、その大部
分が決定される。この工程には主として気相法と
液相法があり、気相法はメタン等の有機ガスを熱
分解により直接炭素を繊維上に沈着させる方法
で、沈着させる炭素の量を制御する事が比較的簡
単である。
しかし気相法では微細な空隙や繊維基材中央部
まで気体の透過が難しいという問題を抱えてい
る。また液相法（樹脂含浸法）は炭化焼成により
炭素に変換する樹脂を液体の状態にして用い、液
体樹脂を繊維基材上に付着させる。
まで気体の透過が難しいという問題を抱えてい
る。また液相法（樹脂含浸法）は炭化焼成により
炭素に変換する樹脂を液体の状態にして用い、液
体樹脂を繊維基材上に付着させる。
この方法において樹脂の付着量は、液体の粘度
により調整され正確な付着量の制御は不可能であ
る。
により調整され正確な付着量の制御は不可能であ
る。
気相法、液相法のいずれの方法においても繊維
上に付着させる炭素又は樹脂の量は均一性を制御
するまでに至つていない。これらの制御技術が開
発されれば、複合材において繊維の補強効果を高
め、理論上の複合材の物性にまで近づけることが
可能となる。そしてCFRCにおいては現在実用化
されているものより比強度、比弾性率が大幅に改
善されたCFRCを作る事が可能となる。
上に付着させる炭素又は樹脂の量は均一性を制御
するまでに至つていない。これらの制御技術が開
発されれば、複合材において繊維の補強効果を高
め、理論上の複合材の物性にまで近づけることが
可能となる。そしてCFRCにおいては現在実用化
されているものより比強度、比弾性率が大幅に改
善されたCFRCを作る事が可能となる。
問題点を解決するための手段
本発明は従来技術で不可能であつたCFRCの補
強繊維上に均一で、しかも所要の量の母材を形成
させる方法を提供しようとするものである。
強繊維上に均一で、しかも所要の量の母材を形成
させる方法を提供しようとするものである。
即ち、液状樹脂等の原料（以下炭素前駆物質と
記載する）を繊維上に付着させる工程で単なる樹
脂の粘性による付着でなく電気泳動沈着（以下電
着と記載する）の原理を応用して、繊維上に炭素
前駆物質を均一に、しかも所要の量を付着させる
ことを可能にした。
記載する）を繊維上に付着させる工程で単なる樹
脂の粘性による付着でなく電気泳動沈着（以下電
着と記載する）の原理を応用して、繊維上に炭素
前駆物質を均一に、しかも所要の量を付着させる
ことを可能にした。
以下に本発明を詳しく記述する。
炭素前駆物質となる樹脂を液体中で荷電させ、
電気泳動により導電性のある炭素繊維上に付着さ
せ、樹脂の付着量および均一性を電気的に制御す
る。
電気泳動により導電性のある炭素繊維上に付着さ
せ、樹脂の付着量および均一性を電気的に制御す
る。
炭素前駆物質となる樹脂は炭化焼成工程で炭素
化収率が高いフエノール樹脂、フラン樹脂又は酸
化不融化処理により炭素化収率が向上するポリア
クリロ樹脂等が望ましく、該樹脂が電気泳動可能
にする為、カルボン酸基（アニオン系）アミノ基
（カチオン系）等の極性基を該樹脂に付加させ改
質する。
化収率が高いフエノール樹脂、フラン樹脂又は酸
化不融化処理により炭素化収率が向上するポリア
クリロ樹脂等が望ましく、該樹脂が電気泳動可能
にする為、カルボン酸基（アニオン系）アミノ基
（カチオン系）等の極性基を該樹脂に付加させ改
質する。
一般の電着塗装においては、顔料等のそれ単独
では電気泳動しにくい物質を多量に含むため、樹
脂の電気泳動の力が低下するが、本発明における
電着は、そのような物質をほとんど含まず、含む
場合においてもわずかに含む程度で、電気泳動力
の低下がほとんどなく、電着時の電荷で正確に付
着量を制御する事が可能である。
では電気泳動しにくい物質を多量に含むため、樹
脂の電気泳動の力が低下するが、本発明における
電着は、そのような物質をほとんど含まず、含む
場合においてもわずかに含む程度で、電気泳動力
の低下がほとんどなく、電着時の電荷で正確に付
着量を制御する事が可能である。
一般に従来の方法では繊維上に付着させる樹脂
の量は樹脂の粘度により制御を行う。即ち樹脂の
粘度を高めると樹脂の付着量が増加し、逆に粘度
を低下させると付着量が減少する。これに対して
本発明においては、電着時の印加電圧により繊維
上に付着させる樹脂の量を制御出来る。
の量は樹脂の粘度により制御を行う。即ち樹脂の
粘度を高めると樹脂の付着量が増加し、逆に粘度
を低下させると付着量が減少する。これに対して
本発明においては、電着時の印加電圧により繊維
上に付着させる樹脂の量を制御出来る。
更に本方法においては、繊維上に樹脂を多量に
付着させたい場合、樹脂被膜の絶縁性により被膜
の上に更に樹脂を付着させることができないが、
あらかじめ樹脂中に炭素の超微粉末をわずかに添
加させて、樹脂被膜の絶縁性を低下させることに
より多量の樹脂を繊維上に付着させる事も可能で
ある。
付着させたい場合、樹脂被膜の絶縁性により被膜
の上に更に樹脂を付着させることができないが、
あらかじめ樹脂中に炭素の超微粉末をわずかに添
加させて、樹脂被膜の絶縁性を低下させることに
より多量の樹脂を繊維上に付着させる事も可能で
ある。
次に本発明のCFRCの製造工程を説明する。
上記に示した電着法により繊維基材上に炭素前
駆物質である樹脂を均一に所要の量を付着させ、
該基材を電着乾燥後、所要の形状に成形し樹脂の
硬化温度にて加圧成形して樹脂成形体とする。該
成形体を更に空気中で150〜300℃、１〜20時間の
熱処理又は不融化処理を行い樹脂の硬化反応を完
結させる。この後不活性雰囲気中で700〜3000℃
の温度範囲で炭化焼成する。焼成温度はCFRCの
使用目的により選択する。焼成の際加圧力下で焼
成することにより常圧焼成に比較して高密度な焼
成体を得ることが出来る。
駆物質である樹脂を均一に所要の量を付着させ、
該基材を電着乾燥後、所要の形状に成形し樹脂の
硬化温度にて加圧成形して樹脂成形体とする。該
成形体を更に空気中で150〜300℃、１〜20時間の
熱処理又は不融化処理を行い樹脂の硬化反応を完
結させる。この後不活性雰囲気中で700〜3000℃
の温度範囲で炭化焼成する。焼成温度はCFRCの
使用目的により選択する。焼成の際加圧力下で焼
成することにより常圧焼成に比較して高密度な焼
成体を得ることが出来る。
また焼成したCFRCは炭素前駆物質として樹脂
を用いる為、焼成中に樹脂の揮発成分が抜けるこ
とにより微細な空孔を生じる。この空孔に再度前
駆物質の含浸を行い、焼成をくり返し行うことで
材料の強度を向上させることも可能である。
を用いる為、焼成中に樹脂の揮発成分が抜けるこ
とにより微細な空孔を生じる。この空孔に再度前
駆物質の含浸を行い、焼成をくり返し行うことで
材料の強度を向上させることも可能である。
以下に２つの実施例を示す。
実施例 １
フエノール−アミン系樹脂と溶剤とをよく混練
したのち水に分散させ、カオチン系電着溶液を作
つた。PAN系の高弾性炭素繊維織布を所定の大
きさに裁断し、これを陰極とし対向する陽極とし
てステンレス鋼板を用い、上記電着溶液中に両者
を浸漬し約50Vの直流電圧を印加し、よく撹拌混
合しながら約20分間通電した。通電後樹脂を均一
付着させた炭素繊維織布を溶液から取出し風乾し
た。次いでこの織布を積層し約170℃で200Kg／cm2
の加圧成形を行い、更に250℃の熱風炉で20時間
樹脂の硬化処理を行つた。
したのち水に分散させ、カオチン系電着溶液を作
つた。PAN系の高弾性炭素繊維織布を所定の大
きさに裁断し、これを陰極とし対向する陽極とし
てステンレス鋼板を用い、上記電着溶液中に両者
を浸漬し約50Vの直流電圧を印加し、よく撹拌混
合しながら約20分間通電した。通電後樹脂を均一
付着させた炭素繊維織布を溶液から取出し風乾し
た。次いでこの織布を積層し約170℃で200Kg／cm2
の加圧成形を行い、更に250℃の熱風炉で20時間
樹脂の硬化処理を行つた。
以上の様にして得た樹脂成形体を不活性雰囲気
下で200Kg／cm2の圧力を加えながら2000℃まで焼
成した。この工程で作つたCFRCの組織は母材中
の炭素繊維が均一に分散していることが光顕観察
より確認できた。またそのCFRCの物性は比重
1.4、曲げ強度650Kg／cm2、曲げ弾性率1100Kg／mm2
であつた。
下で200Kg／cm2の圧力を加えながら2000℃まで焼
成した。この工程で作つたCFRCの組織は母材中
の炭素繊維が均一に分散していることが光顕観察
より確認できた。またそのCFRCの物性は比重
1.4、曲げ強度650Kg／cm2、曲げ弾性率1100Kg／mm2
であつた。
実施例 ２
ポリアクリロニトリル系樹脂と溶剤とを混練し
たのち水に分散させ、アニオン系電着溶液を作つ
た。次にPAN系の高弾性炭素繊維織布を所定の
大きさに裁断し、電着溶液中に浸せきし実施例１
と同様に電着し、炭素繊維織布上に樹脂を均一に
付着させ、溶液からとりだし風乾させた。電着条
件は実施例１と同じ。
たのち水に分散させ、アニオン系電着溶液を作つ
た。次にPAN系の高弾性炭素繊維織布を所定の
大きさに裁断し、電着溶液中に浸せきし実施例１
と同様に電着し、炭素繊維織布上に樹脂を均一に
付着させ、溶液からとりだし風乾させた。電着条
件は実施例１と同じ。
続いて実施例１と同じ条件で織布の積層、加圧
成形、硬化処理を行つた。
成形、硬化処理を行つた。
以上のようにして得た樹脂成形体を不活性雰囲
気下で200Kg／cm2の圧力を加えながら2000℃まで
焼成した。このCFRCの物性は比重1.4、曲げ強
度2900Kg／cm2、曲げ弾性率6000Kg／mm2であつた。
気下で200Kg／cm2の圧力を加えながら2000℃まで
焼成した。このCFRCの物性は比重1.4、曲げ強
度2900Kg／cm2、曲げ弾性率6000Kg／mm2であつた。
比較例 １
実施例１で用いた溶剤とよく混練したフエノー
ル−アミン系樹脂溶液中に、PAN系高弾性炭素
繊維織布を浸漬させ風乾を行つた。
ル−アミン系樹脂溶液中に、PAN系高弾性炭素
繊維織布を浸漬させ風乾を行つた。
以下実施例１と同じ手順でCFRCを作つた。出
来上つたCFRCを光顕で観察すると、繊維と繊維
のすき間に母材がない部分が観察された。この時
作成したCFRCの物性は比重1.4、曲げ強度550
Kg／cm2、曲げ弾性率350Kg／mm2であり、実施例１
のCFRCに比べ曲げ弾性率が大幅に小さかつた。
来上つたCFRCを光顕で観察すると、繊維と繊維
のすき間に母材がない部分が観察された。この時
作成したCFRCの物性は比重1.4、曲げ強度550
Kg／cm2、曲げ弾性率350Kg／mm2であり、実施例１
のCFRCに比べ曲げ弾性率が大幅に小さかつた。
発明の効果
上記の如く、本発明によると繊維間に隙間がな
く曲げ強度が大きく、高弾性率を有するCFRCが
容易に製造出来る。
く曲げ強度が大きく、高弾性率を有するCFRCが
容易に製造出来る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ フエノール樹脂、ポリアクリロニトリル樹
脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂またはそれらの誘
導体を改質し電着可能な樹脂としたものを液体中
にイオン化させて分散させた後、炭素繊維基材と
対向電極を該分散液に浸漬し、炭素繊維基材と対
向電極との間に電流電圧を印加し、電気泳動によ
り炭素繊維基材表面上に該樹脂を均一に所要の量
を付着させて、更に成形、炭化焼成し被覆樹脂を
炭素に変換せしめ、炭素繊維に複合材の母材とな
る炭素が均一に覆つていることを特徴とする炭素
繊維強化炭素複合材料の製造方法。 ２ 炭素繊維基材が織布、不織布、ペーパー、単
繊維を束ねたひもまたは糸状のものの、いずれか
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。 ３ 電着可能な樹脂が粒径10μ以下のコークス、
黒鉛粉末を含むことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の炭素繊維強化炭素複合材料の製造方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60104189A JPS61261265A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
| DE8686303663T DE3671007D1 (de) | 1985-05-15 | 1986-05-14 | Verfahren zur herstellung von kohlefaserverstaerkten kohlenstoffverbundwerkstoffen. |
| EP19860303663 EP0203759B1 (en) | 1985-05-15 | 1986-05-14 | Process for producing carbon fiber-reinforced carbon composite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60104189A JPS61261265A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61261265A JPS61261265A (ja) | 1986-11-19 |
| JPH053428B2 true JPH053428B2 (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=14374041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60104189A Granted JPS61261265A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0203759B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61261265A (ja) |
| DE (1) | DE3671007D1 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5468358A (en) * | 1993-07-06 | 1995-11-21 | General Atomics | Fabrication of fiber-reinforced composites |
| JP2018076502A (ja) * | 2016-11-02 | 2018-05-17 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 | 炭素繊維強化プラスチックの製造方法 |
| WO2025216299A1 (ja) * | 2024-04-11 | 2025-10-16 | 株式会社大北製作所 | 炭素繊維強化プラスチック形成用プリプレグの製造方法、炭素繊維強化プラスチックの製造方法、金属と熱硬化性炭素繊維強化プラスチックとの接合体及びその製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1255925A (en) * | 1967-10-04 | 1971-12-01 | Courtaulds Ltd | Improvements in coating carbon filaments |
| GB1212623A (en) * | 1968-08-07 | 1970-11-18 | English Electric Co Ltd | Electrophoretic production of reinforced materials |
| FR2200376B1 (ja) * | 1972-09-20 | 1978-01-13 | Hitachi Ltd | |
| IT1192783B (it) * | 1979-09-24 | 1988-05-04 | Fiat Ricerche | Procedimento per rivestire elettroliticamente substrati conduttori con films protettivi di tipo polios sifenilenico aventi elevata flessibilita ed aderenza |
| AT375954B (de) * | 1983-03-21 | 1984-09-25 | Vianova Kunstharz Ag | Verfahren zur herstellung von selbstvernetzenden, kathodisch abscheidbaren etl-bindemitteln auf basis modifizierter phenol-novolake |
| JPS6121973A (ja) * | 1984-07-10 | 1986-01-30 | 住友電気工業株式会社 | 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 |
-
1985
- 1985-05-15 JP JP60104189A patent/JPS61261265A/ja active Granted
-
1986
- 1986-05-14 EP EP19860303663 patent/EP0203759B1/en not_active Expired
- 1986-05-14 DE DE8686303663T patent/DE3671007D1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3671007D1 (de) | 1990-06-13 |
| JPS61261265A (ja) | 1986-11-19 |
| EP0203759A3 (en) | 1987-10-14 |
| EP0203759A2 (en) | 1986-12-03 |
| EP0203759B1 (en) | 1990-05-09 |
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